大出口角离心泵叶轮后方非定常流动

利用LDV(激光多普勒测速仪)测量了比转速为93的单级悬臂蜗壳式离心泵蜗壳3个断面内的非定常流动。叶片出口角为44°,实验液体为水。测量分别在最优工况和小流量工况下进行。结果表明,蜗壳内空间固定点处液体速度随叶轮转动呈周期性变化。随着测量点离叶轮出口距离的增加,速度度衰减较快,周期性趋弱。速度波动值随测量点与叶轮出口距离的增大而减小,其波动幅度占速度平均值的20％-70％。离隔舌越近,速度波动值越大。液流角波动值比速度波动值高1-2个数量级。平均速度随测量点到叶轮出口距离的增加而下降,平均液流角随距离的增加而出现最大值,而后再降低。蜗壳内液体角动量不守恒,流动沿叶轮圆周不是轴对称的。     

离心泵叶轮内部二维紊流时均流动测量

概述国外对离心泵叶轮内压力和速度分布测量的研究成果,介绍用LDV(激光多普勒测速仪)在最优和小流量工况下测量了一个出口角为20°、包角为140°、圆周速度为14.7m/s的配带蜗壳的闭式叶轮内部二维紊流时均流动,讨论了相对速度在叶轮内的变化规律.     

多级离心泵扬程预测及内部流场数值模拟

为了研究多级离心泵的性能及其内部流场分布,采用SST k-ε湍流模型对原型泵的首级、第二级及第三级叶轮进行定常和非定常数值模拟计算,分析其外特性、内部流场和压力脉动。研究表明,通过前三级叶轮的扬程能较准确地预测原型泵的扬程。不同流量工况下隔舌处均易出现低压区域,大流量工况蜗壳出口近隔舌处也易出现局部低压区和高压区,隔舌处压力梯度较大。小流量下首级叶轮近隔舌区域的压力脉动不稳定,周期性较差,频域幅值主要集中在低频率区域;对于设计流量和大流量工况,首级叶轮近隔舌区域和远离隔舌区域的压力脉动较为稳定,呈现出较明显的周期性,主频在1倍和2倍叶片通过频率处,频域幅值主要集中在叶片通过频率及其高次谐波频率处。     

隔舌形状对离心泵水力性能的影响

为了探讨蜗壳隔舌形状对离心泵水力性能的影响,本文以一台中比转速离心泵为研究对象,采用数值模拟的方法得到离心泵定常时的内外特性以及非定常时的压力脉动特性。研究结果表明,隔舌安放角在大流量下对离心泵的外特性影响较大,小流量及设计工况下影响较小,在设计工况下存在一个最佳的隔舌安放角使其效率最佳。随着隔舌安放角的增大,离心泵的蜗壳隔舌和出口处的压力增大,湍动能分布更为均匀,靠近隔舌处的高速区面积增加,同时蜗壳出口处的低速区范围加宽。非定常情况下的压力脉动呈周期性变化,且压力脉动随隔舌安放角的增加而减小,当隔舌安放角越大时变化的差异越小,说明适当增大隔舌安放角有助于改善离心泵的内部流动情况以及减小离心泵的压力脉动,提高其水力性能。     

离心泵作透平最佳工况点下的瞬态流动特性分析

为揭示离心泵作透平在最佳工况点下主要过流部件的瞬态流动特性,采用修正的PANS模型对一台比转速为90的离心泵作透平的瞬态流动特性进行数值模拟,通过试验验证数值计算的准确性;根据叶片的进、出口速度三角形计算理论最佳工况点,并对最佳工况下叶栅内部的流动规律进行预测;对蜗壳、叶轮在最佳工况点下的内部瞬态流动特性进行分析。结果表明,叶轮理论进、出口最佳工况点分别为55 m³/h、108 m³/h,实际最佳工况点为80 m³/h;叶片与蜗壳隔舌的动静干涉会促进隔舌前缘旋涡的脱落,当叶轮前缘与隔舌前缘平齐时,蜗壳内压力脉动强度最低;叶栅内旋涡的脱落频率约为2f_n,涡量的演变主要由其输运方程中的拉伸项及科氏力项共同主导;吸力面附近涡量的演变对叶轮前、中部流道内的压力脉动影响较大,而叶片尾缘涡量的演变对叶轮出口处的压力脉动影响较大。研究结果可为提高离心泵作透平在余能回收系统中的运行稳定性提供参考。     

双吸双流道泵流动特性研究

为探讨双吸双流道泵的内部流动规律,本文基于CFD性能预测方法,计算泵在不同时刻和不同工况下的速度-压力分布,探讨其蜗壳喉部的速度分布和蜗壳内部的压力脉动。研究结果表明:叶轮进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,在流道的工作面上存在脱流和旋涡。叶轮流道旋转至隔舌左侧靠近蜗壳出口时,叶轮流道以及蜗壳喉部的速度-压力分布均匀。各监测点为低频振动。此项研究可为进一步优化此类泵提供一定的参考。     

基于CFD的双流道泵内流特性分析

针对双流道泵小流量工况效率低、运行稳定性差等问题,通过CFD数值分析,对0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d工况下叶轮流动特性进行了压力、速度分布和隔舌处的压力脉动分析研究。结果表明:叶轮内压力分布存在明显的对称性,泵内各压力梯度所占区域随流量增加而增加,压力分布逐渐向高压区移动。叶轮截面1的速度随着流量增加而逐渐增大。在叶轮截面2内,叶轮内速度随着流量的增加而增加。叶轮进口旋涡随着流量增加而逐渐减小。流体经过截面2旋涡后,在截面3两侧流道内分别形成两个单独流动旋涡。在叶轮截面3内,叶轮流道内速度随着流量增加逐渐上升。隔舌处压力脉动具有周期性。设计工况下相邻波峰与波谷相差31.3 kPa。     

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。     

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。     

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。     

诱导轮和离心泵叶轮内部空化流动数值分析

为了提高诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性,阐明诱导轮和离心泵叶轮几何参数对空化性能的影响规律,基于空泡可压缩性影响修正的RNG k-ε模型和改进的空化模型,对诱导轮和离心泵叶轮内部流场进行空化数值计算。数值结果表明:在小流量工况和额定工况下,空化性能曲线基本一致;在大流量工况下,空化特性曲线波动相对比较严重,空化性能较差。额定流量下泵蜗壳水力损失最小,小流量工况下蜗壳水力损失最大。临界汽蚀余量时,蜗壳水力损失突升。无空化条件下,随着前口环间隙值的增大,诱导轮扬程、效率和前口环间隙泄漏量增大,泵和叶轮的扬程、效率值降低,泵的空化特性曲线的稳定性变差,使诱导轮叶片出口液流角发生偏转,导致诱导轮和离心泵叶轮内部产生周期性的交变空化流。     

离心泵蜗壳断面内的紊流时均流动测量

用激光测速计测量了一台离心泵在最优工况、小流量及大流量工况下，蜗壳第Ⅳ、Ⅵ和Ⅷ断面内的紊流时均流场。发现圆周分速度的变化主要集中在叶轮出口附近，断面内有旋涡区，旋涡区扩大、消失与工况和断面位置有关。     

变工况下气液两相液力透平的性能分析

利用ANSYS CFD软件对基于泵反转的液力透平进行了全三维定常和非定常数值计算,研究了变工况下气液两相液力透平内的气体分布、压力脉动、速度矩分布以及水力损失等性能。对不同工况进行的计算结果表明:小流量工况和最优工况时蜗壳、叶轮内的相对平均静压力和主频振幅都随着含气率的增加而减小;大流量工况稍有不同。蜗壳出口的速度矩呈阶跃分布,阶跃个数与叶轮叶片数相同,同一工况含气率对速度矩的影响不大;高含量率时透平叶轮出口气体出现聚集现象,含气率越高,流动过程中的水力损失越大。本文对研究气液两相介质下的液力透平性能具有一定的参考意义。     

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。     

蜗壳对离心式潜水排污泵性能影响的研究

针对WQ100-18-7.5型潜水排污泵,研究了不同蜗壳对泵性能的影响。对初始设计的泵进行外特性试验,发现泵扬程不足,效率较低。又以数值模拟作为研究手段,分析了设计工况下泵内部的流动、速度矢量及静压分布,研究结果表明:叶轮压力面靠近进口处出现明显的脱流及旋涡,蜗壳出口堵塞严重,隔舌附近压力梯度大,导致叶轮出口液流角发生较大改变,泵内部流场不均匀,并发现蜗壳内部损失与叶轮做功大小的比值为61.5%。通过采取增大蜗壳扩散段的过流断面面积,提高蜗壳出口距离中心的高度等优化措施后,再以同样的方法进行数值模拟,结果发现优化后的泵内部流场获得明显改善,叶片压力面上的旋涡程度减弱,蜗壳内部压力分布均匀,出水顺畅。将优化后的蜗壳经加工制作后进行外特性试验,扬程提高12.46 m以上,机组效率增加约40%。     

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。     

立式轴流泵装置叶片区压力脉动数值分析

压力脉动是影响轴流泵装置安全稳定运行的重要因素之一,为明确轴流泵装置叶片区压力脉动的变化规律,基于CFD软件对立式轴流泵装置全流道进行三维非定常数值计算,获得了轴流泵装置叶轮和导叶体区域的压力脉动时域数据,分析了最优工况时各监测点压力脉动特性,以及3个特征监测点的压力脉动随流量的变化规律。结果表明:最优工况时,叶轮进口压力脉动幅值从轮缘到轮毂逐渐减小;叶轮出口压力脉动幅值从轮缘到轮毂先减小后增大;导叶体出口处的压力脉动幅值从轮缘到轮毂先增大后减小。叶轮进口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小;叶轮出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大先减小后增大;导叶体出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小。小流量工况时各监测点的压力脉动主频幅值均大于最优工况和大流量工况。计算结果为分析轴流泵安全稳定运行提供了参考。     

混流泵径向间隙对内部非定常流场影响的分析

采用调整混流泵径向间隙的方法,设计了蜗壳基圆直径为280、290、300mm的计算模型,并对其进行了定常和非定常计算.通过对3种模型进行非定常数值计算,得到了不同基圆直径混流泵的压力脉动特性并对其进行比较分析.结果表明:叶轮旋转时叶片和隔舌的动静干涉作用导致蜗壳近壁面各监测点的压力脉动具有明显的周期性;在相同流量下,径向间隙越小,监测点频域振幅越大;隔舌处监测点压力脉动幅度大于其他监测点幅度.对基圆直径为290mm的泵进行数值模拟与外特性试验研究,泵模拟效率为82.3%,试验效率为80%,模拟效率比试验效率高2.3%.对比两者结果可知:数值模拟的结果是可信的.     

双流道泵内部流动非定常数值的研究

在不同工况下,采用滑移网格技术对双流道泵进行了非定常流动数值计算,着重分析了叶轮内不同点的压力波动情况。计算表明,双流道泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;从叶轮的进口到出口,压力逐渐增加;不同工况条件下叶轮的压力变化明显,其中小流量条件压力波动最大;叶轮流道内部不同点的压力随时间呈周期性变化规律。该计算为进一步研究双流道泵的水力设计、性能预测、优化设计提供了一定的理论依据。     

无导叶离心泵蜗壳内低频压力脉动分析

为探究无导叶离心泵蜗壳内低频脉动的产生机理及该低频脉动对蜗壳内各监测点压力脉动的影响,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,在与试验结果对比分析验证模型计算精度的基础上,进行3个不同工况下的非定常压力脉动计算,其中湍流模型选用剪切应力输运(Shear stress transport,SST)模型,分析结果表明,蜗壳出口段因流线扭曲会产生一个低频脉动,出口段测点的主频等于该脉动的频率,且该低频脉动会对蜗壳内其余测点产生近乎一致的影响,使各点在该频率下具有相近的压力系数,其值与出口段的流动分离直接相关;各点脉动存在两个明显频率:低频与叶频;蜗壳隔舌附近的横截面上存在因流线扭曲产生的漩涡,其频率即为蜗壳出口段低频脉动的主频,从而证明因流线扭曲产生的漩涡为低频脉动产生的根本原因。