混流泵内压力脉动测量与分析

以比转速为336的某导叶式混流泵为例,沿流体流动方向在泵进口、叶轮出口、导叶出口、泵出口4个位置设置监测点,对比了0.6Q_d、0.8Q_d、Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d(Q_d为设计流量)5种工况下的压力脉动情况。结果表明,泵进口和泵出口压力脉动幅值较低,导叶进口处脉动幅值最高,且小流量工况较大流量工况脉动剧烈,小流量工况下,泵内运行不稳定,出现回流、漩涡等,引起复杂、无规律的压力脉动;各工况下,泵进口处在叶频到7倍轴频范围内均出现了较为紊乱的脉动;与设计工况相比,非设计工况的脉动情况更为复杂。     

多工况下粗糙度对离心泵进口流动机理研究

为研究水力机械过流部件表面粗糙度对离心泵性能的影响机理,利用ANSYS CFX软件在0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、和1.0Q_d工况下5组不同的粗糙度时进行离心泵流场数值模拟。研究表明:进口压力为25.019 kPa和工况为0.4Q_d时,粗糙度对同一监测点的影响程度最大;在粗糙度R_a=12.5～36.27μm时,可减少轴向速度的减小速率;在粗糙度R_a=0～12.5μm时,粗糙度有一定的减阻作用,且可以降低回流漩涡强度,使速度趋于均匀化,同时改善空化性能,在R_a=6.3μm时的抗空化效果最好。     

文丘里型进口段参数对高速泵流动特性影响

为研究文丘里型进口段参数对于高速离心泵流动特性及水力性能的影响,选择圆弧段半径r、直线段长度L以及进口段最小内径D 3个进口段参数,每个参数取3个水平,正交组合确定模型方案。采用ANSYS-CFX软件进行三维流场模拟,对比分析了小流量工况下各参数对泵体效率及扬程的影响、进口段流场分布情况以及多流量工况下效率、扬程曲线的变化。结果表明:进口段最小内径D对于高速泵流动特性影响较大;文丘里型进口段在小流量工况下能有效抑制诱导轮入口处回流的扩散,在一定程度上提高水力性能,但同时会加剧进口段内部旋涡的产生。     

微型高速泵小流量工况空化特性数值分析

通过CFturbo与UG软件建立及优化模型,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,利用CFX(计算流体力学)软件对微型高速离心泵进行数值模拟。通过小流量和不同进口总压工况,对叶轮进口段流动特性、叶片表面和叶轮流道的静压分布以及叶轮流道内空泡数分布3个方面进行流场分析。结果表明:流量对叶轮进口段回流影响较大;叶片前缘到后缘的压力逐渐增大,叶轮流道进口到出口的压力也逐渐增加;扬程系数陡降前的振动是叶轮空化不稳定引起的,随着空化系数的降低,空泡体积数逐渐占据整个叶轮流道,空泡分布也由不对称转变为对称结构;为微型高速泵的设计和研究提供了理论基础。     

坡型孔板孔径对高速泵进口段流动特性影响

为分析坡型孔板不同孔径对带诱导轮离心泵进口段流场及外特性影响,设置0.8R、1.0R、1.4R和1.6R(R为孔板半径)4种不同孔径的坡型孔板,基于ANSYS-CFX软件在0.6、0.8、1.0和1.2设计流量工况下进行数值模拟。结果表明:坡型孔板孔径的减小能够增强对进口段轴向回流的约束能力,但同时将加剧内部旋涡的产生与扩大;孔径为1.0R、0.8R的坡型孔板能够较好抑制进口段回流漩涡,在一定程度上提高水力性能。     

过渡流道径向长度对离心泵水力性能的影响

为研究过渡流道径向长度对离心泵水力性能的影响,建立了4种不同径向长度的过渡流道模型,并借助ANSYS软件对离心泵进行了全流场的数值模拟。根据数值模拟结果,对比分析了泵外特性曲线和设计工况下过渡流道内部的流动状态。研究表明:额定工况及小流量工况下,径向长度对离心泵外特性的影响不大,但在大流量工况下,随着长度的减小,离心泵的扬程和效率均有所降低;过渡流道径向长度为510和610 mm的离心泵,扬程与效率的波动不大;过渡流道扩散段内部的回流和漩涡较为明显,且小径向长度过渡流道扩散段内部的回流和漩涡更为明显。     

叶轮出口宽度对离心泵内部非定常性能的影响

为了研究多工况下不同叶轮出口宽度对离心泵非定常性能的影响,基于RNG k-ε湍流模型对叶轮出口宽度分别为11、12、13、14和15 mm的离心泵模型分别在0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下进行定常和非定常的数值模拟,得到离心泵的外特性曲线、内部流场以及压力脉动特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵的扬程随叶轮出口宽度的增加而增加,存在一个最佳的叶轮出口宽度使其效率最佳且最佳效率点向大流量点偏移;随着叶轮出口宽度的增加,叶轮截面的最大压力值呈先增加后减小再增加的趋势,小流量工况下的湍动能较大区域随叶轮出口宽度的增加由叶轮流道出口向叶轮流道中间发展;各监测点的压力脉动均呈周期性变化,压力系数随流量的增大而增大,在设计和大流量工况下,当叶轮出口宽度为13 mm时压力脉动幅值明显小于其他型式的叶轮,因此适当增大叶轮的出口宽度有利于减小离心泵的压力脉动、提高其性能。     

粒径对高比转速离心泵瞬态流动特性的影响

基于RNGk-ε湍流模型,利用ANSYS软件对一高比转速离心泵进行固液两相流非定常数值模拟,分析颗粒粒径变化对压力脉动、瞬时湍动能以及径向力的影响.结果 表明:随着粒径增大,在小流量工况下离心泵效率逐渐降低,而在大流量工况下离心泵效率先增加后降低;在叶轮流道内靠近进口处其压力值先减小后增大,在流道中段及出口段处其压力值...     

多工况条件下斜流泵叶轮的强度分析

本研究通过选取0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d、1.6Q_d七个不同流量工况点,分别对斜流泵内部流场进行CFD(计算流体力学)仿真分析,结果显示叶轮承受的总压沿径向呈梯度分布,在叶轮进口处压力较小,出口处压力较大。通过流固耦合方法进行叶轮强度的数值计算,分析结果显示:不同流量工况下,叶轮变形量沿径向呈梯度增加,其最大变形量位于叶轮前盖板出口边缘,且等效应力集中点均主要集中于叶轮进口叶片与后盖板连接处。研究结果可为斜流泵叶轮结构设计和强度优化提供参考。     

基于CFD的离心泵叶轮内部流动分析与试验对比

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶片吸力面的抗空蚀性能逐渐增强;叶片间轴向漩涡的位置与流量无关;出口边径向速度随流量增加而增大;出口边切向速度随流量增加而减小。与试验结果的比较表明,在Qopt工况下,数值模拟能有效预测泵内部的复杂三维流动与水力性能。     

颗粒直径及浓度对高速离心泵非定常特性的影响

为探究不同颗粒直径、颗粒浓度对高速离心泵非定常特性的影响,以一台比转速为67的高速离心泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件建立的Mixture混合多相流模型进行了数值模拟计算,分析了高速泵的外特性、内部流场以及压力脉动变化规律。计算结果表明:随着颗粒体积分数的增加,效率最优工况点在向小流量处偏移,并且叶轮进口越偏向大流量工况,效率下降得越快,适当增加颗粒直径,对固液两相流的输送有积极作用;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在叶频及倍频处,在颗粒体积分数为0.65%、颗粒直径为D=0.15 mm时,随着进口流量的增加,固相体积在叶轮流道处占比逐渐减小,在叶轮进口处颗粒占比逐渐增大;随着颗粒浓度的增大,叶轮流道内及隔舌处的压力均减小,叶轮流道内、隔舌处的压力和叶轮的径向力增减速度快慢的分界点在颗粒直径D=0.1 mm附近。     

磁力驱动离心泵全流场数值模拟研究

为分析磁力驱动离心泵的内部流动特性,基于SST k-ω湍流模型,应用计算流体力学(CFD)软件对磁力驱动离心泵内部全流场进行数值计算研究,得到了磁力驱动离心泵轴截面、叶轮流道、压水室流道和冷却循环流道等主要过流部件流道内的流场分布规律。研究表明:小流量工况下,磁力驱动离心泵内部流动较为紊乱,随着流量的增大,泵内部流动逐渐平稳,回流孔出口处的低速区域面积及冷却循环流道内的压力值逐渐减小;介质在经过导流孔、隔离套间隙和回流孔流入叶轮进口处的过程中,压力逐步降低,且在回流孔靠近叶轮进口区域易形成低压区。     

径向导叶对高速离心泵非定常流动影响的分析

应用计算流体力学技术对带导叶与不带导叶高速离心泵的内部流场进行定常及非定常数值模拟,从而预测出带导叶与不带导叶两种方案下的外特性曲线走势情况。同时得到了流体流经关键位置时在不同工况下的压力脉动情况,并对相应的时域图及频域图进行了对比分析。结果表明,带有导叶的高速离心泵相比于无导叶离心泵扬程较高,扬程曲线更加平缓,同时在大流量工况下,高速离心泵效率更高也更稳定。从时域图分析,不同工况下两种方案中的高速离心泵压力脉动存在明显的周期性,其中带有导叶的高速离心泵在大流量工况下压力脉动幅值相对较小,不带导叶的高速离心泵在小流量下压力脉动幅值相对较小;从频域图分析看,两种方案中的高速泵都是在一倍叶频处存在较大峰值,即动静干涉作用是引起压力脉动的主要因素,同时通过对比,在不同工况下带有导叶的高速离心泵在二倍叶频处峰值较小,说明添加径向导叶对缓解动静干涉起到一定作用。通过比较不同方案下监测点压力脉动平均值及峰值曲线图,说明在高速泵中加装径向导叶可以有效地发挥扩压作用,降低液流速度,充分将速度能转化为压能。结合上述结论,可以得出带导叶高速离心泵适合在大流量高工况下运行,如消防灭火,石油化工,航空航天等领域。     

固相颗粒对离心泵内部流场影响的数值分析

为研究颗粒的粒径及体积分数变化对离心泵内部流场的影响,采用ANSYS软件对离心泵进行固液两相流数值模拟分析。研究粒径变化对叶轮流道内固相体积分数分布的影响,分析粒径、体积分数变化对全流道压力的影响。结果表明:在设计流量工况下,随着粒径的增大,叶轮流道内固相体积分数整体呈减小趋势,在叶片压力面进口处固相体积分数最大,且固相颗粒逐渐由叶片吸力面偏向压力面;随着粒径、体积分数的增加,扬程降低,进口负压值增大,泵发生气蚀的可能性增加,在出口处压力降低。     

蜗壳进口宽度对离心泵非定常性能的影响研究

为分析蜗壳进口宽度对离心泵非定常性能的影响,以一台比转速为126的离心泵为研究对象,采用ANSYS CFX软件的标准k-ε湍流模型对同一叶轮、不同蜗壳进口宽度(56、63、66.5和70 mm)时,不同流量工况(0.8～1.2设计流量)条件下泵的外特性、内部流场以及压力脉动进行研究。结果表明:在设计流量下,适当改变蜗壳进口宽度对离心泵的扬程、效率影响不大;但随着蜗壳进口宽度的增大,蜗壳隔舌处的湍动能增大并向扩散段延伸;同时,蜗壳隔舌处压力脉动的压力值增大了4.2%,压力脉动幅值增大了3.4倍。设计时为提高中比转速离心泵的综合性能,应取蜗壳进口宽度为叶轮出口直径的1.8倍。     

基于CFD的轴流泵后置导叶水力性能分析

为了解轴流泵后置导叶的水力性能,基于RNG湍流模型,采用计算流体动力学CFD软件Fluent,应用SIMPLIEC算法对轴流泵模型装置全流道进行了数值模拟,分析了四种不同流量下导叶体的内部流动特性,研究了导叶的水力性能。结果表明,导叶的水力损失随流量的增加先减小后增大;在设计流量处导叶水力损失最小,导叶压力转换能力最好;小流量下叶轮进出口处水流流态紊乱,导叶流道内出现漩涡回流,是导致导叶水力损失较大的主要原因;大流量下叶轮出口水流轴向速度较大,水流导叶进口边撞击将导致导叶体水力损失增加,水力性能下降。     

灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

粗糙度对离心泵进口回流非定常特性影响的研究

为研究粗糙度对离心泵进口回流非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset方程的均相流空化模型,对某离心泵在5种不同的表面粗糙度(0、6.30、12.50、27.22和36.27μm)下进行非定常计算,并分析小流量工况0.4Q_d下回流旋涡的发展和不同断面压力脉动、进口和叶轮所受径向力。结果表明:随着流量的降低,效率受粗糙度影响越复杂;在Ra=6.30μm时,各监测点的压力脉动幅值有一定的提高,在其他4个粗糙度下均有降低,且Ra=27.22μm时,各监测点的压力脉动幅值降低程度最大;随着粗糙度的增大,进水管所受径向力先增大后缓慢增加,且受力中心偏心分布;叶轮受到的径向力与进水管壁面粗糙度有一定关联并分布复杂,在Ra=6.30μm时,叶轮径向力趋于均匀分布。     

船用离心泵汽蚀性能数值模拟与试验研究

采用CFD数值模拟的方法,对船用离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部压力分布和汽液两相的分布规律进行了研究,结果表明,数值模拟结果与试验结果的变化趋势一致,平均绝对误差为0.15 m。流场在隐形汽蚀阶段,汽泡只在叶片进口背面很小的局部区域内产生和破灭,不会对叶轮造成较大汽蚀破坏;在部分漩涡汽蚀阶段,在靠近叶轮出口的叶片背面位置存在低速旋涡区,漩涡区的大小及分布规律与蜗壳横截面有关;在漩涡汽蚀阶段,在低速旋涡区与蜗壳之间的通道内存在空腔,低速漩涡区和空腔的存在会影响到蜗壳内部的流动速度的稳定性,会产生很大的压力脉动进而会对船用离心泵产生较大的噪声和振动。     

叶片进口边位置对小流量工况下离心泵空化特性的影响

为研究叶片进口位置对小流量工况下离心泵空化性能的影响,应用数值计算方法模拟了比转数为81的离心泵的三种模型,得到不同进口边位置的离心泵空化特性,并分析了叶轮内部流场与空化性能曲线的影响关系。结果表明,在小流量工况下,低比转速离心泵叶片进口边位置越靠前,抗空化性能较好,但严重空化后扬程衰减更快,流道直接被空泡堵塞,流道和叶片表面气泡分布较均匀,且气泡充斥流道速度较快,气泡体积分数各流道差值越小。相比较而言,叶片进口位置越靠后,气泡在流道内部和叶片背面分布不均匀,易出现噪声和振动,但在断裂空化状态,气泡并未完全堵塞流道,扬程下降速度较慢。整体来看,在小流量工况下,叶片进口边位置越靠前,离心泵的抗空化性能较好,并通过试验研究验证了模拟结果的可靠性。研究成果可为小流量工况下低比转速离心泵抗空化性能的优化提供参考。