基于CFD的三螺杆泵螺杆轴向力计算

在SolidWorks软件中建立了三螺杆泵的流道模型,运用Fluent求解器对三螺杆泵腔室内的非定常流动进行数值模拟,得到了三螺杆泵进出口压差,螺杆与衬套间隙,对三螺杆泵螺杆轴向力的影响。计算结果表明:随着三螺杆泵进出口压差的增大,螺杆轴向力是线性增大的;随着螺杆与衬套间隙的增大,三螺杆泵的泄漏增大导致三螺杆泵螺杆轴向力减小;随着进出口压力差的不断增大,不同间隙条件下的三螺杆泵螺杆轴向力都是逐渐增大,但是不同间隙螺杆轴向力增大幅度不同,间隙越小,螺杆轴向力增大幅度越大。     

高速离心泵平衡孔比面积对其性能的影响

为了研究高速离心泵平衡孔对其内外特性及转子轴向力的影响,以一台转速为30 000 r/min的高速离心泵为研究对象,利用N-S方程及RNG k-ε湍流模型进行全流场数值计算。研究结果表明,当比面积0.5≤k≤5时,随着比面积的增大,高速离心泵扬程H下降2.4%,效率η下降3.4%,轴功率P上升3.8%;当比面积3≤k≤5时,高速离心泵平衡孔内流动产生漩涡,对主流产生较大的影响。随着平衡孔比面积的增大,平衡孔泄漏量增大,最大泄漏量可达设计流量的23%。比面积变化对高速离心泵转子轴向力的大小和方向均有显著影响,当比面积k1时,转子轴向力方向指向离心轮进口;当比面积k≥1时,转子轴向力背离离心轮进口;当比面积k=1时,平衡孔可有效地平衡转子轴向力。     

工作压差对非接触式余弦转子泵效率的影响

为了探究非接触式余弦转子泵工作时工作压差对泵工作效率的影响,运用理论推导得出余弦转子泵的排量和流量计算公式,并且运用转子泵经验泄漏公式计算泵的泄漏量。通过理论计算得出泵工作效率与工作压差成比例关系。运用Fluent软件对泵内部流场变化情况进行数值模拟,对理论推导进行验证。经过数值模拟发现转子间隙处返流速度随着工作压差的增大而增大。转子间隙处的返流速度的增大导致转子间隙处的泄漏量增大致使泵工作效率降低。从而得出随着工作压差增大,泵工作效率降低。     

螺杆泵腔室内流场的数值模拟研究

在SolidWorks软件中建立了螺杆泵定子与转子模型,并成功地进行装配,运用Fluent提供的UDF功能建立描述螺杆泵转子运动的动网格;运用Fluent求解器对螺杆泵腔室内的非定常流动进行数值模拟,得到流场的速度分布、压力分布和应力场;分析流体粘度、转子转速以及螺杆泵偏心距对流场的影响。计算结果表明:当转子要离开定子的两端面时,泵内流场总会出现十分明显的涡流;粘度仅影响速度、压力和应力数值的大小,而对分布规律的影响不大;转子转速对速度分布影响比较大,流场速度随转子转速的增大而增大;此外,偏心距对流场有较大的影响,且偏心距越大流场参数变化幅度越大,这表明偏心距对螺杆泵的稳定性影响很大。     

基于流固耦合的采油单螺杆泵容积效率求解方法*

容积效率是采油单螺杆泵举升性能的重要技术指标,采用试验方式获取螺杆泵的容积效率是目前最常用的方法。为提高螺杆泵的设计效率,降低设计成本,提出采用单向流固耦合的数值仿真方法求解漏失量并计算容积效率。依据定转子之间的装配关系建立几何模型,计算不同压差条件下密封带处定子橡胶变形量,得到变形量随压差变化的规律。以现场试验条件作为仿真依据,采用单向流固耦合方法求解试验转速和泵压条件下螺杆泵的漏失量,进一步得到其容积效率。仿真计算结果与现场试验结果相一致,验证了采用单向流固耦合的数值仿真方法计算容积效率的有效性。通过这种仿真分析方法,可以在减少试验量的条件下,对螺杆泵结构参数进行优化设计,并对现场运行参数的匹配提供技术支撑。     

错列导叶对反应堆冷却剂泵水力性能的影响

本文采用数值模拟对交错形式的导叶叶片对于三代核电站反应堆冷却剂泵性能的影响进行研究。通过数值模拟和试验结果的比较验证了数值模拟的有效性。数值研究获得了不同交错叶片导叶方案下核主泵性能的变化。得到了水力性能曲线,轴向力曲线和压力脉动频谱图。数值结果表明:在额定流量下交错叶片稍微减少了水力效率,但对扬程、轴向力和功率几乎没有影响。交错叶片导叶有利于压力脉动,降低了水力部件内部压力脉动的振幅幅值,交错角3/4的方案是一个比较好的选择。     

基于CFD数值模拟和泵性能实验的迷宫螺旋泵泵送机制研究

在CFD数值模拟和泵性能实验的基础上分析了至今仍不完全清楚的迷宫螺旋泵泵送机制;在多重坐标中,用剪切应力输运k-ω湍流模型近似模拟了三角形螺纹迷宫螺旋泵内流体的稳定流动;用泵的性能实验验证了提出的迷宫螺旋泵泵送机制.CFD模拟结果表明:迷宫螺旋泵转子螺槽和定子螺槽流体之间存在动量和能量传递.由于转子螺纹和定子螺纹形成的蜂窝体的存在,流体在轴向流动中反复从转子获得能量,因而泵扬程随流量减小近似线性增大.     

错列导叶对CAP1400核主泵水力性能的影响

本文采用数值模拟对交错形式的导叶叶片对于大功率屏蔽电机主泵性能的影响进行研究。通过数值模拟和试验结果的比较验证了数值模拟的有效性。数值研究获得了不同交错叶片导叶方案下大功率屏蔽电机主泵性能的变化。得到了水力性能曲线,轴向力曲线和压力脉动频谱图。数值结果表明交错叶片导叶对大功率屏蔽电机主泵性能的影响：在额定流量下交错叶片稍微减少了水力效率,但对扬程,轴向力和功率几乎没有影响。交错叶片导叶有利于压力脉动;交错叶片导叶降低了水力部件内部压力脉动的振幅幅值。交错角3/4的方案是一个比较好的选择。     

双螺杆泵流场动力特性的数值模拟

提出一种新型高效、密封性能更优越的渐开线修形双螺杆泵,并基于有限容积方法与摆线型双螺杆泵进行对比,建立两种泵的数值仿真模型,分析其压力场、速度场等的基本规律及特性曲线,得出了双螺杆泵流道的容积效率。研究表明:流道压力随密封腔逐级增大,且同级压力由于泄漏作用呈减小趋势;流道螺槽内存在涡流现象,啮合区混合强烈,在转子与泵套壁面接触区域及啮合区存在负轴向速度,为主要泄漏区域;渐开线修形双螺杆泵容积效率相对较高,密封性能更优越。研究结果为螺杆泵开发以及性能预估提供了理论指导和依据。     

单作用滑片泵内部流动特性数值研究

为了揭示偏心距对单作用滑片泵水力性能的影响规律,建立6种不同偏心距的泵模型进行研究,并对偏心距10 mm工况下3种封闭角进行分析。基于动网格技术和RNG k-ε湍流模型,对滑片泵进行三维非定常计算。研究表明：偏心距对滑片泵水力性能影响较大,随着偏心距由6 mm增大至11 mm,泵出口平均流量呈上升趋势,但其容积效率逐渐下降,偏心距为9 mm时滑片泵容积效率与流量较高;随着偏心距增大,转子所受径向激励力也随之增大,其中偏心距对转子径向激励力y方向分量影响较为明显,随着偏心距增大,其脉动曲线形状发生变化;封闭角为10°时,泵腔与吸油窗口相连前两者压力差较低,对进口处回流抑制较明显。     

双锥对置锥螺杆海水液压泵流场数值模拟分析

为了深入分析泵压对双锥对置锥螺杆海水液压泵特性的影响,建立了该液压泵系统的三维模型及其流体动力学分析模型,运用CFD软件对液压泵的内部流场进行仿真分析,分别得出了不同进出口压差条件下和不同转子位置时的腔室液体压力分布以及转子受到的液压力。分析表明：新型海水液压泵腔室压力分布以啮合线为界限,由入口处到出口处交叉分布,且压力值逐级递增;左右转子受到的轴向液压力大小相等,方向相反;转子受到的液压力的方向沿转子自转的相反方向转动,而液压力大小基本不变。     

离心泵负载下的电机定子电流特性研究

为了探索离心泵运行工况与电机定子电流之间的关系，通过数值模拟分析了不同运行工况下的离心泵水力负载转矩特性，可知水力矩呈周期性变化，均值随着流量的增大而增大，水力矩脉动强度均方根随着运行工况偏离设计工况而增大。通过理论分析可知，转矩特征将以工频调制方式反映在电机定子电流中。通过试验测得了电机定子电流，计算了定子电流均方根，并用奇异值分解法（singular value decomposition，简称SVD）消去电网工频信号，实现反映离心泵运行状态的电流特征提取。结果表明：定子电流均方根（root mean square，简称RMS）与水力负载转矩的均方根变化特征一致。根据计算处理后的定子电流总谐波失真(total harmonic distortion，简称THD)可知，THD呈现出随离心泵运行工况偏离设计工况而增大的趋势。     

轮毂间隙对轴流风机性能和流场影响的数值与实验研究

采用实验和数值模拟的方法,研究了有、无转、静子间轮毂间隙的轴流风机的性能和流场,考察了轮毂间隙对风机性能和流场细节的影响。结果表明:轮毂间隙对风机性能的影响很大,使风机全压和静压都有较大幅度的下降;转子中的流动稍有改善,但静子中流动大幅恶化;由泄漏流引起的回流、分离和旋涡等使静子中靠近轮毂处流场十分复杂。     

凸轮转子泵抽送不同浓度非牛顿流体的流场分析及对性能影响

为了探讨摆线型凸轮转子泵抽送粪污介质的性能变化和针对非牛顿流体类抽送的优化设计,以三叶摆线型凸轮转子泵作为研究对象,选取清水和浓度为6.87%,9.20%,12.15%的猪粪作为抽送介质,对凸轮转子泵进行三维非定常数值模拟,分析内部流场瞬态特性,预测其外特性。分析结果表明:在抽送清水和不同浓度的猪粪时,从泵腔的进口区域到出口区域的压力逐渐升高,随猪粪浓度增大,独立工作腔室的压力增大;抽送非牛顿流体时,间隙处因挤压而产生的速度激增,转子泵腔内的速度分布更加均匀;出口的压力脉动主频均出现在2倍叶频处,压力脉动幅值随猪粪浓度增大而减小;随猪粪浓度增大,出口流量、容积效率及水力效率增大,流量脉动系数减小,其性能优于抽送清水介质。研究为凸轮转子泵输送非牛顿流体时的优化设计奠定了基础。     

变转速工况对直线共轭内啮合齿轮泵容积效率的影响

随着液压技术向高压化、轻量化、节能化发展,直线共轭内啮合齿轮泵因具有结构紧凑、流量脉动小、使用寿命长、噪声小等优点,其应用领域逐步扩大。随着内啮合齿轮泵使用转速的变化,其容积效率也出现变化,为了获得内啮合齿轮泵转速对其容积效率的影响规律,采用液压油、纯水两种介质,通过数值计算的方法,研究内啮合齿轮泵转子域空化特性、对比分析出口体积流率。结果表明：随着转速上升,内外齿啮合最小容积腔及吸油口处气相体积分数增加明显,易引起空化、气蚀,从而产生噪声、振动等问题;当转速过高时,介质中的气体析出明显,易出现吸空现象,导致齿轮泵容积效率降低,纯水介质比46#液压油介质下的齿轮泵容积效率更低。因此,要改善高转速工况下的齿轮泵容积效率,需优化内啮合齿轮泵进油口流道,增加入口压力,提升内啮合齿轮泵高转速工况下的综合性能。     

陀螺效应使永磁悬浮心脏泵稳定平衡

为使人工心脏泵可以永久使用，作者研制出一种仅采用永磁轴承实现磁悬浮的离心泵。其保留了电磁悬浮泵的优点，又避免其不足之处。然而，传统理论认为永磁悬浮是不可能稳定平衡的。作者利用陀螺效应解决了此问题。径向驱动的离心泵包括一个转子和一个定子。转子由驱动磁钢和叶轮组成；定子由电机线圈和泵壳构成。两个永磁轴承抵消电机线圈铁心与转子驱动磁钢之间的吸引力。 生理盐水试验表明，当血泵转速超过3250转／分、流量大于1升／分时，转子可以在定子中悬浮起来。高转速是达到陀螺效应的条件，大流量是良好水动力性能的前提。     

Computational study on the performance improvement of axial-flow pump by inlet guide vanes at part loads

In order to investigate the influence of adjustable inlet guide vanes on the hydraulic performance of axial-flow pump and impeller, the axial-flow pump with different inlet guide vane adjustable angles was simulated based on the RNG k-ε turbulent model and Reynolds time-averaged equations. The multivariate non-linear regression prediction model was established about the effect of adjustable inlet guide vane on the hydraulic performance of axial-flow pump based on the numerical simulation. The performance curves of axial-flow pump with different inlet guide vane adjustable angles were obtained by calculation, showing that the performance curve shifts towards larger flow volume in case the guide vanes are turned from positive to negative angle. With the increase of inlet guide vane positive angle, the optimum operating of pump is closer to smaller operating condition, but the hydraulic efficiency of pump is lower. The larger the flow is, the larger the decreasing amplitude of pump efficiency is. With the decreases of inlet guide vane negative angle, the higher hydraulic efficiency of pump increases first then decreases. The inlet guide vane angle affects the axial velocity distribution of the blade trailing edge.

     

转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性影响机制研究

迷宫密封齿设计于转子或静子上对迷宫密封的性能影响较大.为揭示转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性的影响机制,应用非定常动网格技术建立了迷宫密封泄漏特性与动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性基础上,分析转/静子齿迷宫密封的泄漏特性与动力特性,并讨论2种结构对迷宫密封转子系统稳定性的影响.结果表明:转/静子...     

TECFLOW系列2701单螺杆泵的应用改进

针对单螺杆泵的定子和转子之间的磨损会导致单螺杆泵的效率下降甚至过早报废问题,在对单螺杆泵的工作原理、摩擦速度原理和容积效率原理分析的基础上,对转子和定子的磨损进行了论证,并应用Matlab进行仿真.为提高单螺杆泵的容积效率,对螺杆泵进行了结构上的改进.     

永磁体磁浮叶轮血泵的研制和试验研究

旋转血泵磁浮轴承的定子和转子之间没有机械接触,所以其内部不会发生机械磨损或产生血栓。然而,现有的磁浮轴承均采用电磁铁来实现磁浮,不仅控制复杂,而且自身消耗能量。事实上,叶轮血泵要做到用电磁铁来实现磁浮,势必要影响其装置的简易性、可靠性和可植入性。采用永久磁铁研制出磁浮叶轮血泵。泵的转子径向由永久磁铁磁力支撑,转子的一端紧固叶轮,另一端镶嵌磁钢;与转子磁钢相对,驱动磁钢连接在电动机转轴上。这样,电动机通过磁偶合来驱动转子。在实验室用生理盐水试验,当转子静止或低于4 000r/min旋转时,转子磁钢在轴向与位于转子和定子之间的隔板有一点接触,接触点位于转子的轴线上。当转子转速逐渐增加至4 000r/min以上,转子在轴向与定子脱离,从而实现完全磁浮。由于转子轴向磁浮由液动力产生,且转子磁钢有陀螺效应,所以转子在浮起的过程中运转非常平稳。作为左心室辅助装置,叶轮血泵工作转速范围在5 000～8 000r/min之间,所以实用时转子完全磁浮是不成问题的。永磁体磁浮叶轮泵保持了旋转血泵的优点,而且克服了用电磁铁来实现磁浮的诸多缺点,能够满足人工心脏叶轮血泵应用的大多数技术要求,从而更具实用价值。