S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究

为研究S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用非定常CFD方法对不同工况时泵装置进行了全流道三维非定常流场数值计算,通过在叶片区设置监测点以获得叶片区关键位置的压力脉动数据,并进行频谱分析。通过与实测泵装置扬程和效率对比,证明该方法能较准确地反映泵装置内部非定常流动特征。研究表明:高效工况和大流量工况时,转轮进口和出口的脉动幅值从轮缘向轮毂侧逐渐减小,小流量工况时未呈现该规律,各工况时转轮进口和出口脉动主频受叶频控制。流量系数KQ在(0.368~0.552)范围内转轮进口处同一监测点的压力脉动幅值随流量增大而降低,转轮与导叶体间的脉动幅值随流量的增加先减小后增大,在高效工况附近脉动相对最小。导叶体出口的压力脉动主频受叶频的影响较小,未与导叶体叶片数成规律。     

立式轴流泵装置压力脉动特性的试验

为了分析不同流量时立式轴流泵装置进出水过流部件压力脉动特性,在进水流道出口段、出水流道渐扩段的壁面共设置7个压力脉动监测点进行实时测量,并采用快速傅里叶变换对时域数据进行处理。结果表明:进水流道出口段监测点P1,P2时域图为正弦波形,一个周期内波峰波谷数与叶片数相同,此时的脉动峰峰值远大于监测点P4,P6;出水流道渐扩段监测点P4,P6峰峰值从1.2Qbep到0.3Qbep先减小后增大,最优流量时脉动峰峰值最小。基于频谱分析,在不同流量时进水流道出口段各测点压力脉动的主频均为转频及其谐频,出水流道渐扩段监测点脉动幅值随流量的增大先减小后增大,且在最优工况时脉动幅值为最小值。转频对出水流道渐扩段处各监测点脉动频率的影响未呈现规律性。     

某混流泵压力脉动分析研究

为了研究某混流泵内部流场压力脉动情况,应用商业软件Numeca进行非定常数值模拟。通过设置监测点,得到了叶轮和导叶位置的压力脉动结果,并进行了频域分析。结果表明,泵内压力脉动变化规律是周期性的。在叶轮内,叶片尾缘的压力脉动幅值均大于前缘,而导叶内压力脉动幅度由叶片前缘到尾缘逐渐减小,与叶轮内压力脉动变化规律相反。     

不同导叶数混流泵的压力脉动分析

为了研究不同导叶数混流泵内部流场压力脉动情况,应用商业软件Numeca分别对模型1(4叶片、11导叶数)和模型2(4叶片、7导叶数)进行非定常数值模拟。通过设置监测点,得到了叶轮和导叶位置的压力脉动结果并进行频域分析。结果表明,模型1和模型2的叶轮内,工作面尾缘的脉动幅值大于前缘,背面前缘的脉动幅值大于尾缘,压力脉动最大值出现在叶片工作面尾缘,而导叶内压力脉动幅度均由叶片前缘到尾缘逐渐减小。除此之外,随着导叶叶片数增多,叶轮叶片工作面尾缘最大压力脉动幅值位置的压力脉动幅值增大,可以采用减少导叶叶片数的方法降低此部分的压力脉动幅值。     

离心泵叶轮区瞬态流动及压力脉动特性

目前离心泵过流部件的瞬态流动分析主要集中在蜗壳内,对旋转叶轮区内的流动特性研究较少。基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格,对不同工况下离心泵内部瞬态流场进行数值模拟,计算得到的离心泵扬程和效率曲线与试验结果吻合较好。在离心泵叶片正背面分别设置3个监测点,分析叶轮区压力脉动特性。结果表明,设计工况下叶片正背面压力脉动的主频为叶轮转频或2倍叶轮转频,非设计工况下其主频均为叶轮转频。从叶轮进口到出口,叶片正背面的压力脉动最大幅值都逐渐增大。同一监测点上压力脉动最大幅值在小流量时最大,约为设计工况下5倍。分析小流量工况下叶轮内部相对速度分布,叶轮出口处附近随时间变化的旋涡是内部流动不均匀的主要原因,使得离心泵在该工况下运行效率低、压力脉动强度大。     

偏离工况下离心泵的压力脉动和振动分析

为分析偏离工况下离心泵压力脉动和振动情况,本文采用大涡模拟和滑移网格技术研究一离心泵在偏离工况下叶轮内部和叶轮与蜗壳动静干涉位置的压力脉动,并对其进行了频域分析。分析结果表明:离心泵内部流动产生的压力脉动主频多数情况下是其通过频率。在不同运行工况下,叶轮出口处的压力脉动幅值均最大,大流量偏离工况下离心泵内部各部分压力脉动特性与设计工况基本相同,只是脉动幅值略有增大;小流量偏离工况下,离心泵叶轮出口(叶轮和蜗壳动静干涉区域)压力脉动幅值有所增大,脉动主频不再是通过频率,而且其频谱宽度明显增大;当离心泵运行工况小于0.6Q时,压力脉动明显比设计工况剧烈。     

交错叶片对双吸离心泵性能特性影响分析

为了积极响应及实现国产化要求,对原进口泵进行整机国产化研制,通过数值模拟分析了叶轮叶片交错角度为0°、15°、30°时离心泵内的流态和压力脉动。结果表明:随着叶片交错角度的增大,小流量工况下,扬程值逐渐降低,效率值无明显变化;大流量工况下,扬程值和效率值逐渐增大;额定工况下,随着叶片交错角度的增大,压出室对称分布的两个单独流道同一位置处静压值逐渐增大,相对速度值逐渐减小,而叶片处的相对速度值无明显变化。压出室内压力脉动幅值随着叶片交错角度的增大出现明显的减弱现象。同一叶片交错角度下,随着压出室过流断面的增加,压力脉动幅值逐渐减小,隔舌位置处压力脉动幅值受动静干涉作用最大。站场运行结果表明,叶片交错角度为30°的国产泵较原进口泵振动值减小、耗能降低、泵运行平稳且效率高。     

基于轴流泵间隙流动的新水力设计方法

轴流泵叶轮轮毂与轮缘处间隙流动及边界层对轴流泵性能的影响很大,应用Numeca及Flu-ent等软件对轴流泵叶轮轮缘间隙中的流动进行数值模拟,根据流动模拟结果对叶轮叶片型线及轮毂、轮缘处的叶型设计进行修正,使其速度-压力分布比较理想,并提出了基于间隙流动的轴流泵水力设计方法,这种新的水力设计方法有利于改进轮缘和轮毂处边界层以及轮缘间隙中的流动,达到提高轴流泵效率的目的。     

汽车冷却水泵小流量工况下非定常空化特性研究

针对汽车冷却水泵的空化问题,对小流量工况下非定常空化特性及其对压力脉动的影响进行了研究。采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri (ZGB)空化模型,对水泵在典型空化状态下的流场进行了数值模拟研究,得到了小流量工况下叶轮内的非定常空化流动特征和空泡的时空演变规律;对蜗壳上的压力脉动进行了频谱分析,得到了不同空化条件对压力脉动的影响;通过泵的空化实验,对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着空化余量的减小,各监测点压力脉动峰的峰值和主频幅值逐渐增大,特别是隔舌位置处的压力脉动变化最为显著;泵内的空泡表现为不对称分布,主要集中在叶片前缘位置以及后盖板靠近叶轮进口位置,并随着空化的加剧,空泡体积分数逐渐增大。     

轮毂比对多相混输泵内流特性的影响

为了探究轮毂比对多相混输泵内流特性的影响,选取一单级压缩级在不同轮毂比下利用ANSYS CFX软件对多相混输泵的内流特性进行数值计算。结果表明:随着轮毂比增大,动叶轮出口从轮毂到轮缘的压力梯度变小,动叶轮轮毂处气体聚集程度变小,流速变快、流动现象变好;在纯水工况下,随着轮毂比增加静叶轮内旋涡和回流现象减弱,位于静叶轮出口轮缘处的最大湍动能区域变小;在进口含气率IGVF=19%时,随着轮毂比的增加,静叶轮进口轮毂处的旋涡消失,静叶轮出口处的旋涡越来越集中,位于静叶轮出口轮缘处的最大湍动能区域逐渐变大。本研究结论对多相混输泵结构的优化设计有重要的参考意义。     

轴流式水泵非定常湍流数值模拟的若干关键问题

为准确捕捉轴流式水泵不稳定流场特征,采用雷诺时均法和大涡模拟方法对轴流泵非定常湍流进行数值模拟,并就相关问题进行深入研究。研究发现,与其他湍流分析方法相比较,大涡模拟方法在轴流泵非定常流场分析中具有更高的计算精度;同时将轴流泵进水流道与泵段一起进行流场计算后,发现叶轮进口的流动是极不均匀的,靠近弯肘形流道内侧的速度明显大于其他部位,这一现象与通常假定的轴流泵进口流动是均匀的设计与分析理论有很大区别。研究还发现,为了获得轴流泵流场内不同压力脉动频率成份,脉动计算的采用样时间应不少于8个旋转周期;轴流泵内部的水压力脉动幅值在叶轮附近区域沿半径逐渐增大,而在导叶出口之后沿半径逐渐减小。     

离心泵变转速压力脉动特性的试验研究

为探究变转速运行对离心泵压力脉动的影响,以1台比转速为95的单级单吸离心泵为研究对象,利用高频动态压力传感器,同步采集泵进、出口及蜗壳周向不同位置处变转速下的压力脉动信号,并开展相似工况下压力脉动信号频谱特性分析。试验结果表明:相似工况下,随转速提高,轴频、叶频及其倍频的压力脉动幅值均增大;对压力脉动幅值无量纲化,发现轴频及叶频处各测点压力脉动系数随转速的变化规律存在差异性,但各测点压力脉动系数的平均值却几乎不受转速影响,并且各测点在整个低频段(0~4 f_(BPF))的压力脉动能量平均值亦随转速变化不显著,表明压力脉动系数和能量平均值可作为衡量泵动态特性的参数;流量对泵动态特性影响显著,从0.6Q增加至1.3Q,各转速下泵压力脉动能量平均值呈先减小再增大趋势。     

轴流泵叶轮内部流场大涡模拟及分析

本文将大涡模拟与基于特征线的有限元分离算法相结合,对轴流泵叶轮内部流场进行了数值分析.为验证算法的准确性和可靠性,对NACA0012翼型在雷诺数Re=800下且攻角为20°时的绕流流动进行计算,成功得到了该流动的双解,计算值与直接数值模拟结果相符.大涡模拟计算得到的轴流泵外特性曲线与y试验数据基本吻合,特别在偏离工况下能较好地反映泵的能量特性,表明大涡模拟有较好的工程应用前景.分析了叶轮的进出口流场速度分布及叶片表面的压力脉动,发现小流量工况时叶轮轮缘附近存在叶道涡和较强的压力脉动,此现象与导水锥段收缩流道造成的叶轮进口轴向速度非均匀分布有关.     

基于CFD/CA声比拟分析的两级离心泵流动诱导噪声数值模拟

针对两级离心泵的流体诱发噪声产生的复杂机理,基于Lighthill声比拟理论,采用了计算流体力学(CFD)与计算声学(CA)结合的数值模拟分析方法,研究了两级离心泵变工况下的流场特性及诱发的辐射噪声。采用SST k-ω模型计算分析了不同工况下两级离心泵内部非稳态流场及关键区域压力脉动特性,进而采用声学有限元法(AFEM)计算离心泵内场辐射噪声的声压级变化。研究结果表明,两级离心泵压力脉动幅值从吸水室进口到叶轮出口逐渐增大,叶轮出口处的压力脉动强度最大、声压级最高,且不同工况下压力脉动的主频保持为叶频及其倍频,叶轮和蜗壳之间的动静干涉是流动诱导噪声产生的主要原因;总体声压级在低流量工况下较高,随流量增大逐渐减小,在设计工况处最小;越接近压力脉动主频,声压级的分布越离散,宽频特性越明显,压力脉动强度为流动诱导噪声产生的主要影响因素。研究结果对两级离心泵的低噪设计和水力性能改善提供理论依据和参考。     

高比转速双向泵马鞍区流动特性分析

为研究双向泵在正、反向运行时非稳定区的内流特性,以名以比转速为1600的双向轴流泵为研究对象,采用标准k-ε湍流模型对双向泵进行了正反向、多工况下的非定常数值模拟,比较了正、反向马鞍区内泵的内流特征及压力脉动变化情况,结果表明:反向时鞍型曲线出现的流量减小,马鞍区范围变窄;在所研究工况,正、反向运行时在叶片进口前靠近壁面处、出口后靠近轮毂处以及导叶内均出现了较大尺度漩涡,反向时,叶轮前的大尺度漩涡向上游移动,在轮毂后也形成了较大的回流区,同时,由于流场的非稳定特性,正向在1²、42、4⁵倍转频,反向在05倍转频,反向在0²倍转频出现了明显的压力脉动。     

1000 MW核主泵水力计算与压力脉动分析

本文以1000 MW核电轴流式核主泵为研究对象,首先对稳态条件下核主泵全流道流场进行计算,通过与试验值进行对比,验证了CFD数值计算准确性和精度。同时为了掌握核主泵全流道压力脉动特性,以稳态计算结果为初始条件,对核主泵非稳态数值计算,在计算中轴流泵设置了15个压力脉动监测点。计算结果表明:泵壳进口区域压力脉动为规则正弦波,主要频率为叶频;叶轮和导叶相互作用影响,压力脉动变化较复杂,脉动频率成分较多且脉动幅值较大;泵壳出口区域总体脉动较弱。     

基于性能预测的轴流泵设计研究

针对我国轴流泵效率普遍偏低的情况,结合轴流泵叶轮轮缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在传统的升力法模型中引入修正系数,对传统的升力法公式进行改进,得到改进的升力法,应用两种模型完成叶轮叶片的设计,并利用NUMECA软件进行数值模拟,得到采用改进的升力法设计的叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度及压力分布均较传统升力法设计的好,设计工况点的效率比采用传统升力法设计的叶轮高2.5%.     

潜油电泵叶轮压力脉动特性分析

为提高潜油电泵的稳定性,对潜油电泵压力脉动进行了研究。通过建立两级潜油电泵内部流场,进行在偏离设计工况下的非稳态数值模拟。任意选取叶轮相邻两叶片间流场设置监测点,对求解得到的两级叶轮流场压力脉动系数进行时域和频域分析。结果表明：从叶轮入口到出口,沿中心流线压力脉动幅值逐渐升高;在同一半径监测点处的压力脉动系数,工作面高于非工作面。除此之外,随着时间推进都出现8个相似波形,且主频为轴频或倍频。通过对压力脉动系数的研究,详细的分析两级叶轮流道中压力脉动大小分布以及影响因素。通过分析得到潜油电泵叶轮流场压力脉动受导壳中导叶叶片对叶轮动静干涉影响较大,并且大小与离脉动源的距离有关。     

基于DES的离心泵内部瞬态流动数值研究

为了阐明变工况运行条件下离心泵内部瞬态流动特性,评价其瞬态水力性能及其压力脉动特性,提高离心泵的运行稳定性,基于DES分离涡模型,在小流量、额定流量和大流量工况下对泵进行了性能预测和数值模拟。与试验结果比较发现,性能预测结果和试验结果吻合较好,额定工况下泵内部流动参数梯度变化均匀。在此基础上,在泵内部设置p1～p9压力脉动监测点,通过对监测点的压力脉动时频分析,表明进口流道p1压力脉动频率与叶频的倍频保持一致,以低频脉动为主;受隔舌结构影响,出口流道p6压力脉动频率的脉动幅值较大,以高频脉动为主。比较叶轮旋转第1～第6圈静压分布和涡量分布规律,第3圈后叶轮内部流动趋于稳定,第6圈后蜗壳内部流动达到稳定,表明离心泵叶轮和蜗壳内部涡团的演化过程非同步。     

离心泵蜗壳内部非定常流动测量

利用LDV（激光多普勒测速仪）在最优工况和小流量工况下测量了比转速为93的单级悬臂蜗壳离心泵输送水时蜗壳内的非定常流动。研究表明，蜗壳内液体速度随叶轮转过角度呈周期性脉动。随着测量点离叶轮出口距离的增加，液体圆周分速度衰减较快，变得越来越均匀，周期性脉动越来越弱。速度波动值随测量点与叶轮出口距离增大而减小，其波动幅度占速度平均值的30％-70％。液流角波动值比速度波动值高1—2个数量级。离隔舌越近，速度和液流角波动值越大，隔舌对非定常流动的影响越显著。小流量工况的速度和液流角波动值比最优工况高。流动沿叶轮圆周是非轴对称的。蜗壳内流动是扩散的。小流量工况下，蜗壳流速比最优工况更不均匀，扩散更严重。