采用开缝叶片流动控制的低比转速离心泵数值模拟与试验研究

基于流动控制技术,以某型号的低比转速离心式不锈钢冲压叶轮作为研究模型,采用数值模拟和试验研究了叶片不同开缝位置(r/R)对叶轮内部能量、湍流动能及耗散率分布的影响,同时制作了开缝叶片离心泵样机模型,并进行了试验验证,分析了叶片上开缝的相对位置对离心泵的扬程及效率等外特性的影响,比较了叶片有、无开缝的性能变化。研究结果表明:叶片开缝的位置对叶轮内流体能量的分布以及获得的总压能影响较大;开缝的存在会引起离心泵内部流场的变化,在开缝的地方会产生湍动能及耗散率的突变;不同的开缝相对位置对离心泵性能影响不同,开缝的相对位置为0.875,与没有开缝叶片的离心泵相比,效率提高了1.52%,拓宽了离心泵的高效区间,在大流量时,开缝存在起到了抑制分离的产生,提高了离心泵的扬程,改善了叶轮流道中流体的流动状态。     

基于遗传算法的核电站反应堆冷却剂泵叶轮叶片多目标优化设计

利用Kriging模型建立了叶轮叶片进出口安放角参数与泵性能的关系,采用遗传算法对叶片参数进行多目标寻优并进行性能预测和对比分析。结果表明:β_(11)、β_(51)和β_(52)为反应堆冷却剂泵叶轮叶片进出口角参数的显著因子;β_(11)=43.3°、β_(51)=22.9°和β_(52)=18.4°为最佳叶片进出口安放角参数组合;优化后,叶轮效率在0.8q_(V,d)、1.0q_(V,d)和1.2q_(V,d)3个工况点相对于原叶轮分别提高了1.24%、1.1%和0.5%;叶片吸力面上压力载荷提高;叶片压力面上展长比为0.5和0.95时,叶片出口区域压力载荷提高。     

中浓纸浆泵湍流发生器的设计与验证

为进一步完善湍流发生器的设计理论,基于湍流发生器剪切作用原理,分析介质物理参数及气泡在湍流发生器中的运动轨迹,提出了中浓纸浆泵湍流发生器轴向长度和叶片直径的计算方法,对一款中浓纸浆泵的湍流发生器进行设计,并搭建一种基于声呐流量测试系统的中浓纸浆泵性能试验台,分析纸浆浓度为7.52%, 9.3%, 12.1%,转速为960、1 140、1 500 r/min时,不同排气抽吸真空度的泵扬程、效率、出口含气率量变化特征。试验研究表明:湍流发生器的外径与纸浆的性质、湍流化点及对应的剪切速率、中浓纸浆泵的转速有直接关系; 中浓纸浆泵的扬程和效率随着纸浆浓度的增加逐渐下降; 随着泵转速的增加,泵扬程升高,泵出口中纸浆的含气率降低,表明提高转速有利于纸浆中气液的分离,可以降低所需的抽吸真空度值。     

以减小压降为目标的导叶式分离器几何参数优化

为预测以下列参数为设计变量时压降的非线性变化:导叶的包弧长L、出口角α、排气管的直径D_e、内置深度S、筒体的直径D、高度H_c、排尘锥高度H_z及排尘口直径D_v,采用响应面参数优化法以减小压降为目标优化分离器。结果表明:利用响应面优化法可成功对多参数进行优化组合,优化后压降减小69.8%。设计范围内压降对各几何参数灵敏度存在差异,结合数值模拟可知,几何参数改变直接影响分离器内部强旋转流场的分布,最优的参数组合可减弱内部湍流运动强度与涡流能量损耗,使其具有较高的降损能力,起到减小压降的目的。     

核用屏蔽泵冷却循环系统的辅叶轮泵性能优化

核用屏蔽泵采用与主叶轮同轴旋转的辅叶轮为机组冷却循环提供动力。因辅叶轮是采取在推力盘开孔的结构形式,结构尺寸受到推力盘的限制,其流道设计不仅必须满足机组冷却循环的要求,而且要保证结构强度和加工方便的需要。以某核用屏蔽泵辅叶轮泵为原型进行优化,通过组合4种不同出口安放角和3种不同孔数的辅叶轮,采用基于多工况三维数值模拟的性能预测方法对比分析出口安放角和孔数在变流量工况下对辅叶轮泵性能的影响。结果表明:辅叶轮孔出口安放角的变化会影响辅叶轮泵的性能,适当减小辅叶轮孔的出口安放角能提高辅叶轮泵的扬程和效率,使蜗壳的流动趋于更加稳定,并减小了蜗壳的水力损失;辅叶轮孔数的增加能有效提高辅叶轮泵的扬程;当45°出口安放角与8孔搭配时,辅叶轮泵的性能最佳,扬程比原始方案提高3.2 m,效率提升2%;出口安放角及孔数的选择搭配有利于辅叶轮高效稳定运行。     

旋流泵磨损性能的优化研究

基于Panicle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流旋流泵的内部流场进行数值模拟,应用FINNIE预估模型进行了磨损特性计算,重点研究了叶片表面的磨损规律。液相采用RNG湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件。研究结果表明,叶片压力面出口磨损率最大,磨损将会较为严重;叶片吸力面最大剪切应力出现在进口,吸力面进口磨损将会加剧,优化后叶片磨损率有一定的下降。本研究对固液两相流旋流泵的磨损特性有重要参考意义。     

核电站冷却剂泵惰转过程水力部件内部能量转换研究

为了探索核电站一回路冷却剂泵进入惰转状态后,泵中各水力部件的能量转换特性,采用数值方法对某台冷却剂泵的惰转状态进行了研究.结果 表明:随着惰转时间的增加,各水力过流部件的扬程损失经过10 s后降低至50％以下;惰转过程中进口段动压扬程从6.8m急速下降至0 m,静压扬程在140 s后从--7m升高至0 m;惰转开始后叶轮出口的静压能缓慢降低,而其进口静压能快速增加;随着惰转时间的增加,叶轮静压扬程比动压扬程下降得快,导叶与叶轮的动压能变化规律相反;蜗壳进出口的动压能随惰转时间的增加急速下降,蜗壳进口的静压能从惰转开始迅速下降.惰转开始时,24.33m以上的动压能主要分布于叶轮出口、导叶进口和蜗壳的出口处;在t=110 s时大部分区域动压能在12.17m以下;在t=200 s时,动压能主要分布在0～6.08 m;蜗壳内较大的静压能分布区域范围逐渐减小.     

混流叶轮叶片进出口安放角参数试验设计研究

通过对叶片进出口安放角的筛选试验,获得关键的显著因子,并使用最速上升法确定了显著因子中心点。通过采用Box-Behnken方法进行了响应面的试验设计,并分析研究了安放角因子的交互效应,最后研究基于响应曲面法的目标函数并进行性能预测对比。经过叶片进出口角的显著性研究分析,β_(11)、β_(51)和β_(52)为显著因子,其P值分别为:0.019、0.037和0.048。采用最速上升法确定了中心点分别为:β_(11)=43.5°;β_(51)=20°;β_(52)=17°。采用最小二乘法拟合叶轮效率和扬程与叶片进出口安放角度参数的二次函数模型,通过方差分析和回归模型的分析和研究,表明拟合的函数模型误差小,验证了叶轮效率和扬程回归模型的可行性。采用响应曲面法对叶片的进出口角度进行了优化,优化后的参数为:β_(11)=35°;β_(51)=25.5°;β_(52)=18.5°,优化后泵和叶轮的效率得到了较大的提升,分别为0.8%和0.82%。     

叶轮叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响

为了分析混流式核主泵叶轮叶片厚度对能量性能的影响和进行流体动力优化，以某公司制造的100型混流式核主泵为研究对象，选取叶轮叶片厚度作为优化设计变量，分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮。首先对原始模型进行数值模拟及性能预测，通过与原始模型试验数据的对比分析，确定了合理的数值模拟方法和验证性能预测的可靠性。对3种不同叶片厚度的叶轮进行全流道的数值计算分析，预测分析不同叶片厚度对核主泵外特性以及内部流场分布的影响。分析结果表明:相同流量工况下，随着叶轮叶片厚度的减薄，核主泵的扬程增加，效率降低。由于空间导叶的特殊结构，叶轮叶片减薄使导叶叶片进口处出现回流现象，增加了导叶内的流动损失，且全流道内的压力整体较高。因此，适当地增加叶片厚度有助于提高具有特殊空间导叶结构的核主泵效率和保证核主泵运行的可靠性。      

中浓纸浆泵运行性能试验研究*

中浓纸浆泵是中浓输送环节的核心设备,其运行性能直接影响着输送系统的效率。为了研究不同运行条件对中浓纸浆泵运行特点和性能的影响,设计一种基于声纳流量测试系统的中浓纸浆泵性能试验台。研究分析了纸浆浓度(质量分数)为7.52%, 9.3%, 12.1%,转速为960 r/min, 1 140 r/min, 1 500 r/min和不同排气抽吸真空度时,泵的扬程、效率、出口含气率及最大极限流量变化特征。试验结果表明：随着纸浆浓度的增加,同一流量下扬程、效率逐渐下降。真空度对泵的性能特性有显著的影响,在不抽真空条件下,中浓纸浆泵可实现7.52%浓度纸浆的输送,但随着流量的增加,扬程、效率明显下降;随着抽吸真空度的增大,扬程逐渐升高,且存在一个最佳真空度值使得泵效率最高,泵出口纸浆的含气率逐渐降低。扬程随转速的增加而升高,泵出口纸浆的含气率降低;所需真空度随转速的增加而减小,表明提高泵转速有利于纸浆中气液的分离从而降低所需的真空度值。泵出口纸浆中含气率随着纸浆浓度的增加而升高,同时所需的抽吸真空度也迅速增加。最大流量极限值随着纸浆浓度的增加而减小,随转速的增加而增加。