基于二次回归正交组合设计低比转速离心泵叶轮的优化设计

为改善某低比转速离心泵的水力性能,运用二次回归正交组合方法设计试验方案,选取7个主要的叶轮几何参数作为研究因素,包括叶轮出口直径D_2、叶片出口宽度b_2、叶片出口角β_2、叶片包角ψ、叶片数Z、短叶片前缘周向偏置度θ_1和短叶片尾缘相对周向偏置度τ_1,利用CFX对试验设计方案进行定常数值模拟计算,基于试验方案模拟结果建立以扬程和效率2个响应的二次多项式回归预测数学模型。分析结果表明:叶片数对该离心泵扬程和效率影响最大,叶轮出口直径的变化相比其他因素对泵扬程和效率的综合影响更加突出,基于二次多项式回归数学模型频率分析法筛选出的最佳优化方案达到了预期的优化效果。     

离心式上充泵首级叶轮空化特性与试验研究

为研究和改善核电站离心式上充泵首级叶轮空化性能,采用数值模拟方法进行优化分析。将叶片数改为4片,研究了泵的最佳空化性能、扬程和效率。结果表明,最大流量工况点扬程模拟值与试验值的相对误差为2.9%,空化余量相对误差为3.6%,试验结果和模拟结果相吻合。将空化细分为初生空化、发展空化、临界空化、严重空化和断裂空化5个阶段,分析表明:初生空化时汽泡首先出现在叶片进口背面处,临界空化状态以后叶片工作面也开始出现汽泡;在发展空化到严重空化状态之间,空化和叶轮蜗壳动静干涉共同影响叶轮内的压力脉动规律;严重空化状态之后,空化成为主要影响因素,压力脉动变得相对稳定,叶轮进口和中部的压力脉动幅值明显减小,但叶轮出口处仍然保持较高幅值且比较规律的压力脉动。     

基于非线性空化的离心泵内部流动特性分析

为研究离心泵发生空化时叶轮内部瞬态不稳定流动变化规律,本文应用ANSYS-CFX软件对离心泵内部发生空化时进行定常和非定常计算,采用泵内部不同流道的速度场、压力场、气体体积分数以及压力脉动情况的计算结果分析流道内部瞬态非线性的流动变化规律。研究结果表明：受动静干涉及蜗壳喉部面积等因素的影响,离心泵内部各流道空化的发展是非线性的,随着空化的发展,叶轮内部压力场、速度场和各流道气体体积分数的分布是不对称的。导致这种非线性空化现象的主要原因是蜗壳结构的不对称以及流道内中间流面到叶片背面所在流道区域的空化进程不同步;在空化不严重的情况下,不同流道的脉动呈现相同的规律,但严重空化情况下,压力脉动主频混乱,规律性减弱。     

1000MW核电站双壳体离心式上充泵抗震计算

采用有限元Ansys软件建立离心式上充泵三维模型和划分有限元网格,对其结构进行固有模态分析,并采用静力法按SSE地震载荷计算上充泵的抗震性能,并将自重、温度、工作压力等载荷的作用结果与地震载荷的作用结果按SRSS组合．结果表明：离心式上充泵结构的基频为655．13Hz,远大于33Hz,为刚性结构;上充泵最大VonMises等效应力发生在外壳体中部,为103．40MPa,小于ASMEⅡ所确定的该材料许用应力140．23MPa;位移最大响应发生在外壳体中部,为0．143mm,远小于各部件最小1mm间隙,满足抗震规范要求．     

核主泵变流量过渡过程瞬态水力特性研究

为研究核主泵从设计工况向非设计工况过渡过程的瞬态水力特性及内部流动机理,应用计算流体力学软件CFX对核主泵叶轮流道内的变流量瞬态流动特性进行数值模拟计算。研究结果表明：变流量过渡时,核主泵的压力脉动沿圆周方向分布并不均匀,其变化趋势是逐渐上升到最大值后又降低,基本呈正弦变化规律,瞬态压力波动变化次数等于叶片与导叶片数之间的动静干涉次数,监测点越靠近叶片与导叶交界面,压力波动越大;由于冲角的存在造成叶轮流道内的速度呈先下降后上升的变化趋势;导叶不仅具有将动能转换为压能的功能,同时也具有有效减缓压力脉动幅度的功能;向小流量过渡时,由于流量减少,在靠近叶轮出口处出现二次回流,造成叶轮流道内速度变化幅度随流量的减少而增大。     

长短叶片离心泵汽蚀性能数值模拟分析及实验研究

为提高离心泵的汽蚀性能,利用CFD数值模拟分析与实验研究相结合的方法对长短叶片离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部气液两相的分布规律进行分析研究,分析了3种不同短叶片进口直径在不同汽蚀工况时气泡分布情况对叶轮内部流动和性能的影响。分析结果表明:选择合理短叶片的进口直径可以有效提高离心泵的抗汽蚀性能,避免叶轮进口堵塞和流道内发生漩涡汽蚀。当汽蚀余量减小到一定程度,离心泵短叶片进口直径为0.65D2(D2为叶轮外径)时,在长叶片和短叶片的背面都会出现漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.75D2时,在长叶片背面与短叶片工作面间的流道内会出现两个漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.85D2时,离心泵的抗汽蚀性能最佳。     

船用离心泵汽蚀性能数值模拟与试验研究

采用CFD数值模拟的方法,对船用离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部压力分布和汽液两相的分布规律进行了研究,结果表明,数值模拟结果与试验结果的变化趋势一致,平均绝对误差为0.15 m。流场在隐形汽蚀阶段,汽泡只在叶片进口背面很小的局部区域内产生和破灭,不会对叶轮造成较大汽蚀破坏;在部分漩涡汽蚀阶段,在靠近叶轮出口的叶片背面位置存在低速旋涡区,漩涡区的大小及分布规律与蜗壳横截面有关;在漩涡汽蚀阶段,在低速旋涡区与蜗壳之间的通道内存在空腔,低速漩涡区和空腔的存在会影响到蜗壳内部的流动速度的稳定性,会产生很大的压力脉动进而会对船用离心泵产生较大的噪声和振动。     

AP1000核主泵的优化设计及试验研究

根据核主泵的设计参数,采用正交试验对核主泵的主要参数进行了初步正交优化设计。根据正交优化结果,得到了1组最佳几何参数组合及各主要参数对核主泵性能影响的主次顺序,根据主次影响顺序对主要影响因素进行了进一步的多方案优化设计,进而得到能使核主泵具有更好性能的叶轮几何设计参数组合。根据最终的叶轮几何设计参数,建立了三维模型及对其内部流场进行了数值模拟计算,并用相似换算法,设计制造出对应的模型泵进行试验研究。结果显示:试验结果和模拟结果基本吻合,由此可证明叶轮优化设计的正确性。     

离心泵变工况过渡过程瞬态水力特性研究

为研究离心泵汽从设计工况向非设计工况过渡过程的瞬态水力特性及内部流动机理,通过pro/E软件对离心泵内部流道进行三维造型,利用雷诺时均N-S方程和 两方程及SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件CFX对离心泵叶轮流道内的变工况瞬态流动特性进行数值模拟计算,研究分析离心泵在进口压力连续下降时其内部的汽蚀特性进行数值模拟,并与试验结果进行对比, 结果表明：数值模拟结果与试验结果的变化趋势一致。流场分析表明：变流量过渡时,叶轮流道内的压力值没有明显增大,但压力变化幅度随流量的变化而增大;向大流量过渡时,流量增加对叶片瞬态载荷影响不大,而向小流量过渡时,由于二次回流等因素的存在对叶片瞬态载荷影响很大;由设计工况向汽蚀工况的过渡过程中,在临界汽蚀余量时,受到气泡相的影响叶片的瞬态载荷变化较大,特别是进口处叶片载荷瞬态变化更大;压力值与其幅度都出现急剧下降;作用在叶轮上的径向力大小和方向也急剧增大。     

核电站鼓型旋转滤网驱动齿轮的改进设计

驱动齿轮是鼓型旋转滤网的一个重要零件,齿轮性能的优劣和承载能力的大小,在很大程度上决定着鼓型旋转滤网的质量和水平.主要对原有鼓型旋转滤网驱动齿轮的失效原因进行了分析,介绍了对鼓型滤网驱动齿轮进行技术改造的具体措施.运行结果表明,改造后的驱动齿轮完全能满足运行和大修期的要求.