新型圆盘泵叶轮设计及其性能预测

针对原有叶片圆盘泵扬程和效率较低的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改型,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵内旋转。利用Eulerian多相流模型、标准κ-ε湍流模型与SIMPLEC算法对改型前、后叶片圆盘泵进行数值模拟,得出改型前、后叶片圆盘泵在清水介质条件下的效率和扬程水力性能曲线,分析不同圆弧过渡角度及轴向伸出长度对泵水力性能影响,对比分析改进前、后叶轮的抗气蚀性能;并得出改进前、后叶片圆盘泵在固液两相流条件下的固相颗粒体积分布云图。结果表明:改型后的叶片圆盘泵模型不仅具有改进前叶片圆盘泵的优点,且效率、扬程及抗气蚀性能均高于改型前叶片圆盘泵。     

轻型化工渣浆泵叶轮轴向间隙泄漏流及磨损特性分析

针对渣浆泵的泵腔及叶轮磨损问题,基于DPM模型对LCF100/350型化工渣浆泵叶轮轴向叶顶间隙泄漏流及磨损特性进行数值分析。在清水介质条件下对泵轴向叶顶间隙泄漏流结构及泵外特性进行模拟,并与试验结果进行对比分析;固液两相流分析中液相采用k-ε Realizable湍流模型,固体颗粒相采用离散相模型,分析了叶轮轴向叶顶间隙处固液两相流场分布及其前泵腔磨损特性。分析结果表明:叶轮轴向叶顶间隙泄漏流与主流相互作用,在叶轮流道内产生泄漏涡;泵体磨损强度分布呈螺旋线分布,与实际的泵体磨损情况完全一致。研究结果为渣浆泵的磨损特性的优化提供了理论依据。     

小粒径固液两相流在旋流泵内运动的数值模拟

为了分析旋流泵内固液流动特性,采用Eulerian多相流模型,扩展的标准κ-ε湍流方程与SIMPLEC算法,应用流体动力学软件FLUENT对旋流泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟。分析了多种粒径及浓度条件下的固相体积浓度分布规律。在旋流泵叶轮固液两相流动中,固体颗粒还是主要集中于叶轮工作面,因而会加剧叶轮工作面磨损破坏速度。数值结果表明,泥沙颗粒直径变大以及泥沙浓度的加大都会使旋流泵扬程和效率下降,其中浓度的变化对扬程和效率的影响更明显。     

型线对两相流泵性能影响的数值模拟分析

离心泵型线直接影响泵的性能。离心泵的型线即叶片压力面和背面的轮廓线。通过CFD计算软件Fluent,计算得出4种型线叶轮(变角螺旋线、等角对数螺旋线、Bezier曲线、渐开线)的外特性曲线,研究了型线对液固两相流泵性能的影响,得出了叶轮型线为渐开线和Bezier曲线时,有助于提高液固两相流泵的效率。     

固相粒径对深海采矿矿浆泵空化特性影响的规律

针对深海采矿矿浆泵空化现象,研究固相粒径对其空化特性的影响。根据空化核子理论、质能方程建立气液两相之间的质量转换方程,运用Fluent软件和Singhal et al的空化模型对在不同固相颗粒粒径工况下的深海采矿矿浆泵进行稳态全流道空化仿真研究。分析叶轮叶片背面压力和气相体积分布规律,对不同区间气相体积分数进行统计,计算出不同颗粒粒径下泵的空化余量和扬程。研究结果表明:随着固相颗粒的增大,叶轮叶片背面入口处的低压区面积逐渐扩展,泵的空化现象趋于严重,扬程下降。当粒径为25 mm时空化余量陡降至最低1.11m,空泡分布广泛,部分区域体积分数高达0.9;粒径从10 mm到25 mm的过程中扬程下降了8.67 m;继续增大粒径,泵的空化性能有所提升,空化余量稳定在3.5 m,但泵的扬程在空化和颗粒磨损共同作用下继续下降至65.3 m。     

旋流泵内颗粒分布特性及对泵性能的影响

基于Eulerian多相流模型和RNG κ-ε两方程湍流模型对旋流泵内的液固两相流场进行了数值模拟,获得了不同粒径、浓度时泵内的颗粒分布特性及对泵性能的影响。研究结果表明:固体颗粒进入泵内后主要集中于无叶腔内,无叶腔中的颗粒分布以泵轴为中心呈现一定的轴对称分布,随着粒径的增大,颗粒在无叶腔内壁面聚集的更加明显,随着浓度的增大,颗粒在无叶腔内的分布规律几乎没有变化,随着流量的增大,无叶腔中心部分颗粒浓度几乎不变的区域扩大;在叶轮内,叶片工作面附近的颗粒浓度要大于叶片背面的;随着粒径及浓度的增大旋流泵的效率会降低,随着粒径的增大泵的扬程会降低。     

急冷油泵内颗粒对叶轮磨损的数值模拟分析

因急冷油中含有固体颗粒,在运行过程中会对泵的过流部件造成磨损,从而影响泵的寿命。基于离散模型(DPM),针对不同粒径、不同浓度的颗粒对叶轮的磨损进行了数值模拟分析。研究结果表明：颗粒粒径保持不变时,随着颗粒质量浓度的增大,急冷油泵过流部件上的磨损位置不变,磨损量增加;颗粒质量浓度保持不变,当粒径从0.025 mm增加到2 mm时,叶片工作面尾缘磨损程度加剧,背面磨损程度降低,前盖板靠近背面一侧磨损减弱,靠近工作面一侧磨损加剧;颗粒粒径与颗粒浓度不变的情况下,通过优化叶片的出口角度,可以适当降低整体的磨损率,达到优化作用。     

圆弧形叶片型线的理论研究

一、前言低比转数叶轮常采用圆柱形叶片。常用的圆柱形叶片型线有变角螺线、渐开线和圆弧线。美国李海大学的试验表明,变角螺线叶片的效率最高(表1)。圆弧形圆柱叶片既可用单圆弧,亦可用多圆弧。单圆弧叶片造型简单,成本低,有较大的通流能力,在某些杂质泵中还被采用,但其效率较低。双圆弧叶型比单圆弧稍复杂些,但比变角螺线和渐开线叶型制造方便。荷兰挖泥船泥泵叶轮多采用这种叶     

旋流泵内液固两相流场的CFD-PBM耦合计算

为获得旋流泵内更为符合物理真实的液固两相流动特征,在传统欧拉(Euler)双流体模型基础上加载群体平衡模型(PBM),以考虑实际存在的颗粒聚并、破碎等动力学行为,与CFD耦合计算了不同流量、颗粒粒径及浓度下的液固两相流场,分析了颗粒存在对泵外特性的影响规律。计算结果表明:从进口到出口,叶片背面附近颗粒粒径明显增大;在叶轮出口位置,同一半径上,从叶片工作面到背面附近存在粒径梯度;在外缘部,沿轴向形成粒径梯度。与Euler模型计算结果对比发现:加载PBM模型后,颗粒总体浓度分布特征存在差异;同一轴截面上,颗粒浓度在中心部的分布基本相同,而在中间和外缘部位置出现差异。PBM模型计算得到的泵扬程、效率曲线更接近于实验值,证明基于CFD-PBM耦合计算的预测精度更符合实际。     

颗粒性质对叶片圆盘泵叶轮内颗粒分布的影响

为研究颗粒性质对颗粒在叶片圆盘泵叶轮内分布规律的影响,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟流体在叶片区和无叶区内的流动。采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟。对不同直径、不同浓度及不同密度颗粒在叶轮叶片区和无叶区的分布及颗粒在叶轮表面分布规律进行分析。结果表明:颗粒密度和颗粒直径对颗粒分布影响较大,颗粒密度、粒径越大,颗粒越难被液相带动加速而处在液相相对速度较慢的无叶区,随着颗粒密度、粒径的增大,叶轮表面颗粒浓度分布变化趋缓;颗粒浓度对颗粒在无叶区和叶片区分布影响较小;叶片表面颗粒浓度大于轮盘表面颗粒浓度,从动轮上轮盘表面和叶片表面颗粒浓度要小于相应主动轮表面颗粒浓度。     

离心式污水泵叶轮磨损的数值模拟

针对离心污水泵内固液两相流动比较复杂的情况,用含沙水为工作介质,通过改变沙粒粒径和含沙水颗粒浓度的方法,对小粒径颗粒在离心污水泵内的流动进行了数值模拟。借助弄清内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口初始颗粒浓度对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮吸力面和压力面的分布规律以及固体颗粒沿叶片吸力面和压力面的分布规律,并在此基础上得出了离心污水泵叶轮的磨损特性。     

双叶片螺旋离心泵固液两相流特性研究

为研究双叶片螺旋离心泵叶轮内固液流动特性,采用Eulerian多相流模型,扩展的标准k-ε湍流方程以及SIMPLE算法,应用流体动力学软件对双叶片螺旋离心泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟。分析了多粒径及初始固相体积浓度条件下的固相体积浓度分布规律。通过分析可得到固体颗粒存在由叶片压力面向吸力面迁移的趋势,同时有从轮毂侧向轮缘侧运动的趋势;通过外特性分析得到了相同粒径下水泵扬程随固相浓度的升高而减小,相同固相浓度下水泵扬程随粒径的增大而减小的变化趋势。     

两相流离心泵水力输送性能计算分析

为探索一台固液两相流离心泵的水力性能与磨损特性,基于代数滑移混合物模型(Algebraic slip mixture model,ASMM)对其内部流场进行三维不可压缩定常流动数值计算,其中转子与定子之间的动静耦合采用"冻结转子法"实现。多相位定常流动计算结果与水力试验结果的对比确定最佳的转动位置,并确认数值计算方法的准确性。预测结果表明,颗粒属性对模型泵水力性能影响的次序为固相体积分数、颗粒密度和粒径。随着颗粒直径、密度和固相体积分数的增加,预测扬程均下降;效率总体上也呈现下降趋势,但在固相体积分数为10%时输送效率最高。在靠近隔舌的叶轮出口处存在由低、中、高三种速度组合的双剪切层射流—尾流结构。总体而言,模型泵叶片吸力面的磨损程度比压力面更为严重。固相体积分数对叶片表面磨损程度的影响比较明显,颗粒密度影响较小,颗粒直径仅对吸力面磨损程度影响显著,对压力面影响不明显。     

混装不同叶轮的多级离心泵驼峰性能研究

针对多级离心泵小流量区域的扬程易产生驼峰、运行不稳定的问题,提出了一种不同水力的叶轮进行混装的改进方案,并通过对比试验对改善扬程驼峰的有效性进行了验证,结果表明：通过叶片数为5、出口宽度为23.7 mm的A叶轮与叶片数为3、出口宽度为33.6 mm的B叶轮进行混装,较好地改善了多级离心泵小流量区域的扬程驼峰;效率为76%的A叶轮与效率为75%的B叶轮混装后泵效率为75.7%,不会因改善驼峰而牺牲泵的效率;相较传统的通过改变单个叶轮水力模型的叶片数、叶片出口角、叶轮出口宽度等参数来改善扬程驼峰的方法,更加方便灵活,且不会因改善驼峰而牺牲泵的效率。研究结论可为改善多级离心泵扬程驼峰的设计方法提供参考。     

双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究

为分析固液混合物对双流道输送泵性能的影响,采用平均粒径为10 mm和36 mm的固体颗粒对双流道泵在不同浓度和流量下开展输送固液两相介质的水力性能试验,并对泵的磨损进行分析。水力试验结果表明,在一定的流量下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,入口表压、出口表压、扬程及效率呈递减趋势。 与输送清水时比较,当输送固液两相介质时,随着流量的增大,轴功率上升较快,扬程的下降量在不同流量下几乎相同;效率曲线在不同流量下比输送清水时效率要低,差值随着流量的增大而增大。在同流量同浓度比工况下,泵的进出口压力、扬程和汽蚀性能在输送较大直径固体颗粒时,明显下降。通过对双流道泵磨损的分析表明,叶轮磨损部位主要在前盖板外缘、流道内偏前盖板的流道表面、压力面进口边,压力面的磨损区域呈三角形;泵体的磨损部位主要在周壁、隔舌及泵体口环处。本研究可为固液两相双流道离心泵的理论研究与设计应用提供试验依据。     

渣浆泵叶轮湍流场模拟及颗粒轨迹分析

为提高渣浆泵的抗磨性能并优化泵的设计,采用RNG κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法对多工况下渣浆泵叶轮内部清水流场进行了数值计算,得到叶片表面相对速度矢量分布,分析了叶片表面回流、旋涡现象;基于单颗粒动力学模型,采用拉格朗日法计算了多工况下固相颗粒的运动轨迹,分析不同粒径颗粒对叶片表面磨损的影响。结果表明：叶片压力面进口在大流量工况下开始出现回流,而叶片吸力面进口则在小流量工况下回流、旋涡严重,叶片进口的回流、旋涡不仅容易引起NPSHr增高,诱发空化现象,还会导致颗粒聚集、反复冲击该区域;在小流量工况下,叶片压力面出口和吸力面出口均出现大区域的回流,甚至延伸至叶片中段,随着流量增大,回流和旋涡区域逐渐缩小,由此可见叶片出口在小流量工况下的磨损比较严重;其他因素一定时,固液混合物的流量越小,颗粒在进入叶片流道前停留的时间越长,导致颗粒与叶片头部的碰撞概率增大;随着颗粒直径增大,颗粒向叶片压力面靠近的趋势越明显,与压力面的碰撞机会也增多,从模拟结果可以看到,该叶轮对1mm以上的大颗粒适应性不好,在设计流量工况下,0.5~1mm粒径范围内颗粒适应性最好。     

粒径对全断面竖井掘进机出渣泵磨损特性影响研究

为探究大颗粒粒径对全断面竖井掘进机上出渣泵过流部件磨损特性的影响，基于SST双方程混合湍流模型、Finnie塑性冲蚀磨损模型对其进行数值模拟，获得了全断面竖井掘进机出渣泵过流部件的冲蚀磨损形态，分析不同颗粒粒径对叶片磨损程度的影响。模拟结果表明：磨损最严重区域在叶片吸力面；定量预测出叶片磨损强度随不同初始条件的变化规律；随颗粒粒径增大，颗粒与吸力面的碰撞几率降低，叶片吸力面磨损区域显著减小，磨损位置受颗粒粒径的影响明显，而后盖板的磨损面积几乎不变；全断面竖井掘进机上出渣系统在输送最大粒径超过100%的固相颗粒时，仍具有良好的可靠性和稳定性。大颗粒粒径仅对吸力面磨损程度影响显著，对后盖板影响不明显。     

离心压缩机内固粒运动规律与冲蚀磨损的数值模拟

针对离心压缩机叶轮的冲蚀磨损问题,利用FLUENT中离散相模型、质量冲蚀率模型,对压缩机内部不同粒径的固体颗粒的运行轨迹、运动速度、偏聚浓度及造成的叶片冲蚀率的分布进行了数值模拟。结果表明:粒径为5~20μm的绝大部分的固体颗粒流经大叶片压力面附近流道;固体颗粒在运动到叶片前缘过程中速度迅速升高,在压力面腹侧会有所减小,后缘处重新升高;大叶片后缘根部固体颗粒浓度高、运行速度快,冲蚀磨损严重,且固体颗粒直径越大对大叶片压力面造成的冲蚀磨损越严重。     

DPM方法用于泥泵叶轮的耐磨选型

为分析叶轮流道结构对泥泵内部流场及壁面磨损的影响,在原叶轮造型的基础上,通过修改叶轮出口形状及叶片型线,提出了4种叶轮造型,并对5种造型进行欧拉-欧拉固液两相流瞬态计算。通过对比分析叶轮内部流场、壁面压力以及壁面剪切力,定性选择一种流场更均匀、壁面压力与剪切力较低的新叶轮造型,并引入离散相模型(Discrete Phase Model,DPM),追踪原叶轮和新叶轮内的颗粒轨迹,同时对比分析原叶轮与新叶轮的壁面平均磨损率及原叶轮在工程中的实际磨损情况。研究结果表明:两种叶轮的磨损位置大致相同,磨损集中在叶片进口边以及后叶墙面靠近叶片进口位置,但新叶轮的平均磨损率低于原叶轮;原叶轮实际磨损与模拟结果基本相符,验证了数值方法可靠性。     

复合型线叶片叶轮的设计与建模

针对单圆弧叶片流道内容易产生脱流及圆柱形叶片包角不能调整而增加水力损失这一问题,提出了拼接变角螺旋线和对数螺旋线进行圆柱形叶片设计的方法,用Pro/E完成了这种叶轮的建模,并用fluent流体分析软件对叶轮进行了模拟计算.结果表明这种复合型线的叶片可以改善叶轮的内部流动.