后置灯泡贯流泵三维紊流计算

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法研究某一后置灯泡贯流泵内部的三维流场,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法对泵叶轮、导叶和进出水流道内的流场进行数值模拟.分析最优工况下装置纵断面的流速和压力分布以及叶轮出口、导叶出口和灯泡体尾部的流速分布情况.着重研究小流量工况、最优工况和大流量工况等不同工况下叶片压力面、吸力面的静压分布以及各断面翼型附近的相对流速分布.同时还计算贯流泵装置各种构件的水力损失,发现导叶体和灯泡体段在水力损失中所占的比重较大.将数模计算结果与模型试验的泵装置性能数据进行对比,结果表明数模计算结果跟试验数据在高效区附近吻合较好,在小流量和大流量工况下存在偏差.采用CFD方法对灯泡贯流泵装置内部流场进行数值模拟可以为泵装置进一步设计优化提供依据.     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。     

基于RNG紊流模型的立式轴流泵站三维流动数值模拟及性能预测

立式轴流泵站具有流量大、扬程低等特点,在农田排灌、调水工程等得到了广泛应用,目前在建的南水北调东线工程的泵站大多采用该形式.为深入研究立式轴流泵站内部流动和水力性能,采用考虑粗糙度的壁面函数的RNG紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了采用钟型进水流道和蜗壳出水流道的低扬程立式泵站定常流动.通过计算获得了泵站整体流场结果,分析了在有转轮条件下进水流道喇叭管内断面轴向流速分布规律对泵站叶轮安装高程的影响,给出了参考的叶轮名义高度取值.通过计算预测了泵站水力性能,并与模型试验结果进行了比较,研究表明设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好.三维数值分析和试验结果表明该泵站形式在南水北调东线工程中有一定的应用前景.     

基于CFD对旋喷泵两种叶片结构的数值模拟及性能比较

采用封闭式叶轮结构,设计了长短复合式S型叶片和矩形流道断面叶片两种不同叶片结构的旋喷泵水力模型;利用ANSYS-CFX软件对两种水力模型的流场进行三维数值模拟,分别得到两种模型的压力场、速度场。通过对设计方案扬程、效率、轴功率的计算,分析了两种旋喷泵水力模型的性能特征。模拟计算结果表明:对于小流量旋喷泵的叶轮结构,矩形流道断面叶片的性能优于长短复合式S型叶片。     

叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能的影响

为了探究叶片曲率半径变化对离心泵叶轮内部流动特性以及对叶轮水力性能的影响，采用基于RNG k-ε湍流模型对某型号离心泵进行定常数值计算。在原模型的基础上，将叶片出口角在17°～23°区间内进行变化以改变叶片中后部的曲率半径大小，并在分析叶轮内速度场和压力场变化的基础上探讨叶轮水力性能发生变化的原因。结果表明：减小叶片出口角，能够有效地减小叶片中后部的曲率半径，但对叶轮扬程减小的幅度有限，最低扬程仅比原模型计算值减小了0.43%;而叶片中后部曲率半径的减小，能够有效地减小叶片两侧压差，从而进一步降低叶轮的轴功率，最小轴功率比原模型计算值降低了1.12%,最终可使叶轮的水力效率提高0.61个百分点。     

基于Kriging模型和遗传算法的泵叶轮两工况水力优化设计

为了拓宽余热排出泵设计高效区的范围,提出了一种基于Kriging近似模型和遗传算法的优化方法。采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮叶片的进口冲角?β、包角φ及出口安放角β2进行16组方案设计,并采用ANSYS CFX14.5对16组叶轮方案进行定常数值模拟,选取离心泵设计工况1.0Qd和大流量工况1.62Qd下的效率为水力优化设计目标,建立了效率与叶片三个参数之间的Kriging近似模型,并应用多目标遗传算法对近似模型进行寻优,得到了最优的叶片参数。对原始方案进行外特性试验,数值模拟结果与试验结果基本吻合。优化后,叶轮在两工况下的效率均高于原始泵,效率分别提高了5.53%和2.29%。同时对比优化前后的泵内部速度分布,表明在设计工况和大流量工况下,优化后的叶轮内部相对速度分布更均匀,水力损失较小。提出的叶轮优化方法对泵性能提高提供了有效参考。     

南昌市新洲老泵站改建工程潜水泵装置模型试验研究

经多种泵型方案比较,新洲老泵站改建工程确定采用2台大型立式潜水轴流泵装置,配套电机功率800 kW,泵与潜水电机直联。进水流道采用簸箕型流道,出水流道为井筒式。为了预测大型潜水泵装置的水力性能,在中水北方勘测设计公司的水力模型通用试验台上进行了该装置的模型试验,主要包括:能量特性试验、空化(汽蚀)特性试验及空化气泡发生发展情况观察试验、飞逸性能、进水流道压差测流等项目。获得结果:在试验转速1450 r/min下,泵装置效率为64%的高效区覆盖了叶片角度范围-4°~+2。、泵装置扬程范围3~4.5 m的区域,最高效率65.01%;在装置运行工况范围内,临界空化余量均小于6.5 m。     

叶片进口边位置对双吸离心泵性能的影响分析

针对一种国内生产的双吸泵,利用CFD软件对其内部流场进行数值模拟,依据一元理论对叶轮的水力设计进行检查。在不改变原叶轮设计的基础上分别将叶片进口边三次后移构造出三种叶型A1、A2、A3。数值计算结果表明:在任意工况下叶轮A2的效率比A1、A3的效率都高,且在最优工况下叶轮A2的最高效率比原叶轮的效率高5.8%,高效区也明显变宽。研究表明,在推荐值1～1.3以外时,叶片间有效进出口面积的比值并非越小,泵的性能越好;叶片进口边的位置对泵的性能有很大的影响,适当改变进口边位置可以有效地改善叶轮进口的流动状态。     

高比转速混流泵时变湍流特性分析

为分析混流泵内部流场的时变湍流特性,采用时变不可压牛顿流体的控制方程和RNG k-ε湍流模型,基于ANSYS CFX软件数值计算了3种不同工况时混流泵内部的时变湍流场,计算考虑了各过流部件间的相互干涉作用。在叶片安放角0°时,给出了最优工况1.00QBep有、无叶轮时进、出口干涉面的静压分布云图,直观地显示了一个物理周期内动静干涉情况,分析了叶片表面流动的细部结构,并对比了基于时均流场和时变流场预测泵外特性的差异。进、出口断面静压分布受叶轮旋转的影响很明显,流量1.46QBep时进口断面静压表现出较强的非稳定性,扭矩和扬程呈周期波动。     

立式轴流泵水力不稳定工况流场数值预测

为了研究轴流泵位于水力不稳定工况的流动特性,基于N-S方程以及RNGκ-ε湍流模型,对轴流泵进行三维湍流数值计算。预测得到设计工况下的扬程与模型参数接近,说明所采用的数值计算方法可以较为准确地预测轴流泵内部流动特性。计算结果表明:在0.35Q_d至0.5Q_d流量区间内,轴流泵的流量-扬程曲线呈现正曲率特性,此区间内流量工况即为其水力不稳定工况;伴随着流量由设计工况Q_d依次减小至0.5Q_d和0.35Q_d的过程中,轴流泵内部流态逐渐恶化。在0.35Q_d工况点,叶轮进口前水流存在强烈的预旋,进口存在漩涡导致流体不能有效进入叶轮室,同时叶轮室内流体脱流现象严重,严重堵塞流道,致使叶轮无法有效对流体做功。