离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,根据模拟计算结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

叶轮不同叶片对离心泵内流道流场的影响

对离心泵进行三维建模,并对内部流场进行数值模拟.采用"仿真-实验"法验证了六叶片离心泵流场仿真的合理性,研究了叶轮上不同叶片数对内流道流场的影响.数值模拟原理为大涡模拟,通过网格直接模拟大尺度的紊流运动,同时,利用次网格尺度模型来模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动所造成的影响.大涡模拟可以获得雷诺时均模拟法无法获得的流场细微图像.模拟结果表明:离心泵叶片数量过多,会使叶片表面摩擦力做功加大,使得离心泵出口处的总功减少,从而降低离心泵的扬程和效率.经过模拟实验研究分析发现,当叶片数为5时,离心泵流场的综合性能最好,运行效率最高,湍流强度低,流场稳定性最好.     

核安全三级离心泵数值模拟与试验验证

基于三维雷诺时均N-S方程和应用标准k-ε湍流计算模型,采用三维四面体网格及隐式修正SIMPIE算法,对核安全三级离心泵HB450-570内部流场进行了数值模拟,并分析了离心泵内部流动情况和规律.将该离心泵性能预测值与试验值进行了比较,结果表明基于CFD的数值模拟可以实现对离心泵的性能预测,在产品设计及工程应用中有广阔前景.     

基于湍流数值模拟的双吸离心泵性能预测

为提高双吸泵的性能,基于RNG k-ε湍流模型和壁面函数法,采用ANSYS CFX软件对某双吸离心泵进行了流场为三维不可压缩湍流流场的数值模拟。得到了泵内压力、速度分布图和全流道流线分布图,计算了双吸泵性能,并将性能预测的计算值与试验值进行了对比。结果表明,利用计算流体动力学进行三维湍流数值模拟可以反映双吸泵内部真实流动,扬程、效率的变化趋势符合双吸泵工作特性的一般规律,模拟结果与试验结果一致。     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。     

基于多面体网格的离心泵性能预测分析

多面体网格具有计算网格数量少、精度高、收敛速度快等优势,但在离心泵性能预测分析方面应用较少。以一台实际运行的低比转速离心泵为研究对象,建立离心泵内部流场模拟的三维数学模型,划分多面体网格,计算其扬程和效率,并预测其性能。通过与试验值进行对比分析,验证了采用多面体网格预测离心泵性能的可行性与准确度。研究表明,在设计工况下,选用SSTk-ω湍流模型计算的结果与试验值更接近,具有更好的适应性;采用多面体网格划分预测水泵性能曲线与试验值有较好的一致性,但在小流量工况下数值模拟偏差较大,需尽可能的消除蜗壳出口回流,提高数值模拟的精度。     

非结构网格离心泵全流场数值模拟研究

相对于传统的理论和实验方法,采用数值模拟的方法能够更快捷地获得离心泵的内部流场分布。研究了离心泵全流场数值求解的方法,构建了离心泵的几何模型并划分非结构网格,采用了CFX软件,通过求解雷诺平均N-S方程,对离心泵流场进行了数值模拟,计算得到了离心泵在不同工况下的扬程和效率。将计算值与实验值进行了对比,在设计工况点Q的条件下,扬程相对误差为2.8%,效率值相对误差为1.8%。因此,针对离心泵建立的基于非结构网格的离心泵全流场数值求解方法是可靠的,能够快速准确的对离心泵进行性能预测与分析。     

混流泵内部流动的三维数值分析

以某型号混流泵为研究对象,基于三维不可压缩流体的N—S方程和标准k—ε湍流模型,采用Fluent6.3软件对在不同工况下的内部流场进行了三维定常湍流数值模拟。分析了变工况下混流泵内部流场的压力、速度分布,获得了其内部流动特性的主要特征,预测了泵的水力性能。结果表明,基于CFD的数值模拟计算模型能够很好地预测混流泵的特性,数值模拟结果为混流泵的优化设计提供了数值依据。     

多级离心泵全流道流场的三维定常数值研究

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用多重参考坐标系法,对某型多级离心泵进行全流道流场在设计工况下的三维定常数值计算,得到了多级离心泵内每一级典型截面的静压、总压、速度和迹线的分布规律。数值计算结果对多级离心泵的水力设计或改型优化设计具有指导意义。     

应用滑移网格技术分析多级离心泵的三维瞬态流动

运用滑移网格技术、三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的k-e湍流模型对工业中常用的D型多级节段式离心泵进行了全三维瞬态流场的数值模拟,分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题.滑移网格设置在多级离心泵叶轮出口与固定导叶入口之间的交互界面,对每个时间步求解流动方程.对任一个叶轮旋转周期内,分析叶轮径向力、静压等参数出现脉动信号频率与动、静叶片数的关系;分析静、动叶片间静压值沿周向的变化规律.该三维非稳态模拟结果可为多级离心泵的水力优化设计提供依据.     

Numerical prediction and performance experiment in a deep-well centrifugal pump with different impeller outlet width

The existing research of the deep-well centrifugal pump mainly focuses on reduce the manufacturing cost and improve the pump performance,and how to combine above two aspects together is the most difficult and important topic.In this study,the performances of the deep-well centrifugal pump with four different impeller outlet widths are studied by the numerical,theoretical and experimental methods in this paper.Two stages deep-well centrifugal pump equipped with different impellers are simulated employing the commercial CFD software to solve the Navier-Stokes equations for three-dimensional incompressible steady flow.The sensitivity analyses of the grid size and turbulence model have been performed to improve numerical accuracy.The flow field distributions are acquired and compared under the design operating conditions,including the static pressure,turbulence kinetic energy and velocity.The prototype is manufactured and tested to certify the numerical predicted performance.The numerical results of pump performance are higher than the test results,but their change trends have an acceptable agreement with each other.The performance results indicted that the oversize impeller outlet width leads to poor pump performances and increasing shaft power.Changing the performance of deep-well centrifugal pump by alter impeller outlet width is practicable and convenient,which is worth popularizing in the engineering application.The proposed research enhances the theoretical basis of pump design to improve the performance and reduce the manufacturing cost of deep-well centrifugal pump.     

开式离心叶轮内部流道的数值模拟

采用了多块网格技术、雷诺平均N-S方程和应用S-A湍流模型,对开式直叶高速离心泵叶轮内部流场进行了数值模拟,并对开式高速离心泵作出了试验研究。通过数值模拟与试验研究的结果比较分析,得出该数值模拟方法可以较好地模拟离心泵叶轮内流场,总结出了影响离心泵叶轮内流场和外部特性的因素及其变化规律。为优化设计、提高泵的效率提供了有价值的参考。     

螺旋离心泵叶轮背叶片对轴向力影响的数值分析

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,以清水为介质,对带有叶轮背叶片的80LN-6型螺旋离心泵进行全三维数值模拟。通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出6种不同螺旋离心泵叶轮方案,对各种方案下泵内流动进行数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下轴向力的变化趋势和规律。通过对外特性试验数据和CFD数值模拟数据对比,间接地验证了数值模拟方法的可靠性。并对6种不同螺旋离心泵叶轮方案模拟数据进行分析,结果表明,螺旋离心泵添加叶轮背叶片之后,轴向力大小发生变化,同时在不同方案中不同工况下轴向力方向也发生改变;背叶片数目、背叶片宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内的压力分布有较大影响。     

H-Ⅰ型网格对离心压缩机叶轮数值计算的影响

网格结构是CFD计算中影响计算速度的重要因素,H-I型网格生成简单,适用于高速叶轮机械。以一个带分流叶片的高速离心压缩机叶轮为例,采用H-I型网格,分析周向、流向网格数分布以及网格尺度对网格质量的影响,对5种不同的网格划分形式进行了数值计算,比较了它们对数值计算的时间和稳定性的影响。     

基于CFX正交试验的深井离心泵导叶的优化设计

为提高深井离心泵的水力性能,针对100QJ16型深井泵,按照L9(34)正交表,选取空间导叶的进口冲角、包角、叶片出口安放角和叶片数等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶模型,并分别与同一个叶轮装配。基于CFX软件,对两级模型泵进行了全流场数值模拟,获得9组方案在额定工况下的扬程和效率。采用极差分析法分析了各几何参数对扬程和效率的影响规律以及影响空间导叶性能的主要因素和次要因素。空间导叶进口冲角和叶片包角对两级泵的扬程和效率的影响较大。将优化方案进行了样机试验,其效率达到了设计要求。     

Assessment of a turbulence model for numerical predictions of sheet-cavitating flows in centrifugal pumps?

Various approaches have been developed for numerical predictions of unsteady cavitating turbulent flows. To verify the influence of a turbulence model on the simulation of unsteady attached sheet-cavitating flows in centrifugal pumps, two modified RNG k-? models (DCM and FBM) are implemented in ANSYS-CFX 13.0 by second development technology, so as to compare three widespread turbulence models in the same platform. The simulation has been executed and compared to experimental results for three different flow coefficients. For four operating conditions, qualitative comparisons are carried out between experimental and numerical cavitation patterns, which are visualized by a high-speed camera and depicted as isosurfaces of vapor volume fraction α _v = 0.1, respectively. The comparison results indicate that, for the development of the sheet attached cavities on the suction side of the impeller blades, the numerical results with different turbulence models are very close to each other and overestimate the experiment ones slightly. However, compared to the cavitation performance experimental curves, the numerical results have obvious difference: the prediction precision with the FBM is higher than the other two turbulence models. In addition, the loading distributions around the blade section at midspan are analyzed in detail. The research results suggest that, for numerical prediction of cavitating flows in centrifugal pumps, the turbulence model has little influence on the development of cavitation bubbles, but the advanced turbulence model can significantly improve the prediction precision of head coefficients and critical cavitation numbers.     

离心泵内部流场数值模拟与性能分析

利用FLUENT6.3软件对ISG65-125离心泵过流部件全三维流场区域进行数值模拟。在多重参考系坐标下,基于雷诺时均N-S方程与标准k-ε模型,采用非结构化网格和标准SIMPLE方法求解,对离心泵内流现象和规律进行了分析,并将数值模拟结果与实验值进行对比,验证了模拟结果的可靠性,总结了产生误差的因素。     

非定常大涡模拟下混流泵叶轮的轴向力研究

为研究导叶式混流泵的轴向力,建立了导叶式混流泵内全三维流道模型,基于非定常大涡模拟亚格子尺度模型与滑移网格技术,对不同工况下的混流泵进行了数值模拟和性能预测,并将非定常方法计算值、定常方法计算值、经验公式估计值与试验值进行比较分析。结果表明:非定常方法计算得到的叶轮轴向力变化规律与试验和经验公式计算得到的轴向力变化规律更接近;在设计工况附近,定常和非定常方法计算得到的混流泵叶轮轴向力的数值与试验值的相对误差均约为10%;在小流量及大流量工况下,定常方法的计算值与试验值的相对误差约为30%,非定常方法的计算值与试验值的相对误差在10%之内。因此,非定常模拟方法可以更准确地预测混流泵的轴向力。     

诱导轮内流场数值计算及汽蚀特性分析

为得到诱导轮内部的速度场、压力场及湍流场的分布规律,在基于SIMPLEC算法上,采用了雷诺时均Navier-Stokes方程(简称N-S方程)控制方程和修正了的k-ε湍流模型,对两种结构参数的双叶片诱导轮进行了内部三维不可压湍流流动数值计算。计算结果表明诱导轮最容易发生汽蚀破坏的位置在进口外缘处,计算结果还表明增加诱导轮叶片轴向距离及导程有利于提高诱导轮的汽蚀特性。同时进行了不带诱导轮和带两种结构参数诱导轮的离心泵的外特性试验,试验结果表明离心泵在没有诱导轮的情况下较易发生汽蚀,而增加诱导轮能够明显改善离心泵的汽蚀性能,诱导轮的导程、叶片轴向长度、及其叶尖包角几何参数值等几何参数对汽蚀性能有较大影响。结合流场数值计算结果和试验研究结果,证实了通过增加轴向距离和导程等合理改变结构参数可提高诱导轮的汽蚀性能。     

低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计系统

提出基于Navier-Stokes方程和Spalart-allmaras湍流模型流动分析的低比转速开式叶轮高速离心泵优化设计系统,该系统由四个部分组成:基本参数的优化设计、性能预测、流动分析和信息反馈。根据提出的方法,对一台开式叶轮高速离心泵进行实例设计和实验研究,取得了较好的性指指标:泵的扬程流量H-qv特性线几乎是一条直线,扬程系数达到了0．7以上;汽蚀性能也满足要求;叶轮内部压力和速度分布合理,表明采用加大流量设计方法能设计出性能优异的低比转速开式叶轮高速离心泵,此设计方法是合理可行的,对开式叶轮高速离心泵的设计具有指导意义。