不同口环密封结构对离心泵叶轮受力特性的影响

为了揭示口环密封结构对离心泵叶轮受力特性的影响机理,选取环形密封、圆周槽道密封和螺旋密封三种口环密封结构和离心泵进行匹配。基于RNG k-ε湍流模型和结构化网格技术,考虑三种口环密封结构,研究离心泵内部流场及其叶轮轴向力和径向力的分布规律。结果表明：随流量逐渐增大,三种口环密封结构的离心泵轴向力和径向力的大小均显逐渐减小趋势。环形密封结构对离心泵轴向力和径向力的影响最为显著,相比螺旋密封结构,其最大轴向力值减小16%,最大径向力值显著减小62%;相比环形密封,螺旋密封显著降低口环泄漏量,额定工况下口环泄漏量下降15%,使叶轮前腔和叶轮出口端液体压力值显著增大,从而影响离心泵叶轮轴向力和径向力的分布规律。为离心泵叶轮口环密封结构的设计和选型提供理论依据。     

轴流泵叶轮出口速度矩采用不同的二次多项式分布规律时的特性研究

研究了轴流泵叶片设计中叶轮出口液体速度矩采用不同的二次多项式形式分布规律时，叶轮出口绝对速度圆周分速度、轴面速度、理论扬程、扩压系数、水力效率、汽蚀余量、叶片安放角等参数沿叶片高度分布的情况。采用了4种分布形式。研究表明，叶轮出口速度矩采用不同形式的二次多项式分布时。叶轮出口绝对速度圆周分速度、理论扬程、轴面速度和叶片安放角沿叶片高度分布均有较大变化。但汽蚀余量、扩压系数和水力效率沿叶片高度分布变化较小。分布3、4是比较好的分布形式。当必需汽蚀余量有要求时，分布3可以减小必需汽蚀余量5％左右；否则，分布4是比较好的。对于分布3，叶片安放角沿叶片高度分布可能出现拐点。通过增大k1，降低k2和增大k3可以避免出现拐点。对于分布3，k2位置的改变对叶片安放角影响甚微。     

转子径长比对凸轮泵性能影响的数值模拟与试验

为了揭示径长比对凸轮泵性能参数的影响规律,建立不同径长比与凸轮泵特性曲线之间的定量关系,并获得轴系径向载荷分布特性,从而为凸轮泵轴系强度计算提供依据。基于FLUENT动网格技术和RNG k-ε湍流模型对凸轮泵进行三维瞬态流场数值计算,比较了6种不同径长比凸轮泵的流量特性。结果表明:径长比对凸轮泵性能有显著的影响,随着转子径长比的逐渐增大,凸轮泵出口流量脉动呈逐渐下降的趋势,且出口流量值先增大后减小;转子所受径向力的大小和方向均随转子转动呈周期性变化,且大小随径长比的增大而减小,随泵出口压力的增大而增大。数值计算表明当转子径长比α取值为0.7~1.3时,泵出口平均流量达到峰值区,同时泵出口流量脉动幅值最低,转子受力较好。研究结论为凸轮泵转子径长比的选择提供了理论依据。     

基于LES模拟的微沟槽湍流减阻特性数值研究

湍流减阻对于能源工程领域的节能减排有着重要的意义,沟槽减阻则是其重要方法之一.为研究高雷诺数下沟槽减阻的适用性及其减阻特性,利用大涡模拟(LES)对光滑平板和微米尺度半圆形沟槽结构表面的高雷诺数湍流进行了数值计算,并分析了涡结构分布及其减阻能力.半圆形沟槽既能锁住沟槽谷内流体,使得沟槽上方产生流动滑移,同时通过沟槽尖峰结构,阻碍了涡的展向运动,从而达到了减阻效果.计算结果表明,在沟槽结构尺寸固定的情况下,需在合适的雷诺数下,才可出现减阻效果.在s+等于15左右时,减阻效果最佳,减阻率可达到19.11％.本文研究结果可为微沟槽湍流减阻的工程计算提供重要参考,对湍流减阻结构设计提供依据.     

基于RNG κ-ε模型的竖板绕流数值模拟

作为薄矩形柱类高层建筑绕穿流动的基础研究之一,采用简化的直通道内置竖板二维平面空气绕流模型为研究对象.基于有限体积法和RNGk-ε湍流模型,对不同风级作用下的长宽比D/B=0.1的竖板流动进行非定常数值模拟.计算结果揭示了竖板空气绕流尾涡的形成、脱落及消失的周期性过程.在Re =4.42×104和Re=4.62×104区间尾涡无明显脱落,当雷诺数大于或等于4.62×104时,出现尾涡的生成及脱落消失过程.计算并分析了竖板表面不同位置的压力分布和风载体型系数,计算结果与相关文献结论进行了对比.     

凸轮泵的理论计算及模拟

针对凸轮泵两叶或三叶转子,介绍了由圆弧—共轭曲线组成的转子型线,根据啮合特性及几何原理建立其型线的参数方程,并建立二维模型。通过模拟软件Fluent,导入UDF文件使两个转子同步反向旋转,采用动网格技术和湍流模型对凸轮泵模拟分析,可得结论:叶谷为圆弧、叶峰为共轭曲线的转子模型较好;在转子的节圆半径相同的前提下,转子为两叶的凸轮泵输出的流量大,但呈现的波动很剧烈,而三叶的凸轮泵输出流量小,但较为平稳。并通过试验验证其模拟的正确性。     

基于CFD技术的低比速消防泵优化设计

利用CFD技术对XA3220-211型消防泵进行了优化设计。对比分析了10种设计方案的流线分布、扬程、效率以及轴功率。结果表明：采用分流叶片（长短叶片）能够有效地提高泵的扬程,改善内部流动;优选方案c经过试验,最高效率达到了50,5％,最高扬程达到87．6m,高效区宽,扬程曲线平坦,并且在1.5倍流量工况下的轴功率不超载,满足了设计要求。     

口环间隙变化对离心泵性能的影响研究

基于雷诺时均N-S方程组和RNG k-ε湍流模型,采用三种口环间隙变化方案对离心泵进行了数值模拟:只改变前口环间隙,只改变后口环间隙,同时改变前后口环间隙;与试验结果的对比表明,计算结果与试验结果吻合良好,在可接受的误差范围内;三种间隙变化方案中,以前口环间隙的改变对离心泵性能的影响最大。口环间隙的改变不仅会对离心泵的容积损失产生影响,而且会影响离心泵的外特性。从流场结构看,间隙变化的影响主要集中在前后腔体及间隙出口处;随着间隙增大,腔体处低压区向蜗室方向扩大,而间隙出口处高压区也有扩大趋势。由间隙增大导致的泵进口压力升高,在大流量工况下可以提高泵的空化性能。     

基于SolidWorks平台的凸轮泵转子型线设计软件开发

为了提高凸轮泵转子的设计效率和精度,对凸轮泵转子的型线参数进行了理论分析,建立了各参数之间的参数化方程,在此基础上,基于SolidWorks平台,采用C#编程语言,在Visual Studio 2017环境下开发了凸轮泵转子型线参数化设计软件。该软件主界面集输入、计算、输出按钮于一体,输入具体工况参数即可进行转子参数计算和设计,软件还提供多叶、直叶、螺旋等转子类型的选择,缩短了计算周期,提高了设计效率。通过数值模拟计算和试验验证,对比了不同压差及不同转速下的流量曲线,软件的设计结果与数值计算和试验结果误差分别在5%和3.0%以内,验证了该软件的设计结果精确度。该研究实现了凸轮泵的快速设计,对同类产品的二次开发具有一定的借鉴意义。     

基于正交试验的核主泵导叶水力性能数值优化

为提高核主泵整机水力性能,实现叶轮、导叶与环形压水室的最优匹配,以AP1000核主泵为研究对象,保持叶轮与蜗壳几何参数不变,选择导叶进口冲角、导叶包角和导叶出口角为正交试验方法的3个因素,并根据各因素的值确定取值范围。基于雷诺时均N-S方程、RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,应用CFD技术对核主泵进行了正交试验和数值优化。正交试验和因素显著性分析表明:额定工况下,优化后的模型泵较原模型泵扬程提高0.55m、效率提高0.66%;小流量工况下,优化后的杨程和效率提升更加明显;导叶包角和导叶出口角对泵水力性能的影响较为显著,导叶流道扩散程度决定了导叶流道的水力损失;导叶进口冲角、导叶出口角和导叶包角之间的相互作用对泵水力性能的影响不显著,可忽略。对导叶包角的研究表明,在小流量工况下,导叶包角与泵的效率呈正比,在大流量工况下,导叶包角与泵的效率呈反比。