轴流式混输泵叶片载荷分布特性研究

为了研究气液两相条件下多级轴流式油气混输泵的叶轮叶片载荷分布特性,选用标准κ-ε湍流模型,利用CFD软件探讨了不同工况下轴流式混输泵叶轮叶片压力载荷随含气率及流量变化的规律,并分析了混输泵叶轮内进行能量转化的主要部位。结果表明,当流量一定时,随着含气率的升高,混输泵叶轮叶片工作面和吸力面压力载荷逐渐升高,且小流量工况下叶片压力载荷受含气率变化的影响程度要大于大流量工况;混输泵叶轮前半段在靠近轮毂处的能量转化能力较差,靠近轮缘处的能量转化能力较强,且叶轮前1/3段能量转化能力明显高于叶轮其他段,即混输泵内进行能量转化的主要部位是叶轮前1/3段。     

油气混输泵压缩级内湍流强度及湍流耗散特性分析

为了研究气液两相条件下油气混输泵压缩级内湍流强度和湍流耗散的分布规律,本文以螺旋轴流式油气混输泵为研究对象,采用CFD软件进行数值计算,得到从10%到70%含气率条件下油气混输泵压缩级内的湍流强度和湍流耗散特性。研究表明:气体越集中的位置也是介质流动越不均匀的位置;级间动静干涉作用、流动的不均匀性以及较大旋涡的出现均会导致湍流强度和湍流耗散程度的增加,且在压缩级内随着含气率的增加,湍流强度最大值先减小再增加,且低含气率下湍流强度最大值最大;油气混输泵压缩级内水力损失较大的区域主要集中在级间和导叶内以及叶轮进口区域。     

含气率对多相混输泵叶片应力应变的影响

为了揭示流固耦合作用对多相混输泵的影响规律,以一单级多相混输泵为研究对象,选取气液两相作为运输介质,基于ANSYS软件进行数值计算,流体域采用TurboGrid进行结构化网格划分。通过计算得到不同含气率下叶片表面的应力和应变分布规律。结果表明:在不同含气率下,动叶轮内最大变形量均出现在流向系数为0.1附近,而静叶轮内变形最明显的位置位于叶片的进口与出口处;随着含气率的增加静叶轮内叶片的变形量有一定程度的下降,但降低的程度要低于动叶轮内叶片的变化量。在动叶轮内,随着含气率的增加压力面和吸力面等效应力整体减小,且最大等效应力区域逐渐向叶轮进口方向移动。研究结果可为多相混输泵的开发与结构优化提供参考。     

混流式核主泵非定常流场的压力脉动特性分析

为研究核主泵内部流场压力脉动情况,采用大涡模拟方法对模型泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,通过设置监测点,得到了不同位置处的压力脉动结果,并进行了频域分析.结果表明:核主泵模型泵内最大压力脉动发生在叶轮出口处,从叶轮进口到导叶出口,压力脉动先增大后减小,压力脉动频率主要受叶轮转频控制;在球壳内部压力脉动沿着球壳半径方向逐渐减小,且压力脉动频率与叶轮转频有关.     

钠泵压力脉动特性分析

为了探究某型钠泵流场压力脉动特性,采用ANSYS CFX软件,选取SST湍流模型,对其在0.6Q_n、0.8Q_n、1.0Q_n和1.4Q_n(Q_n为设计点流量)工况下进行了非定常数值模拟。数值计算得到的钠泵性能曲线与试验值吻合较好,验证了数值计算模型的准确性。在叶轮和导叶的某一流道分别设置了3个监测点,分析了叶轮和导叶不同位置处的压力脉动规律,并对时域信号进行傅里叶变换,对其进行频域分析。结果表明:从叶轮入口到导叶出口,压力脉动先增大后减小,叶轮出口和导叶入口处压力脉动最大;叶轮流道内压力脉动频率以导叶叶频为主,导叶流道内压力脉动频率以叶轮叶频为主,小流量工况下,低频信号影响较大;导叶出口压力脉动明显比叶轮出口小,但是由于半球形泵壳的束缚,导叶出口处出现了末端回流。通过对钠泵内部的压力脉动分析,可为钠泵的研究和优化设计提供参考。     

颗粒体积分数对天然气水合物多相混输泵内流特性的影响

为研究颗粒体积分数对天然气水合物多相混输泵内流特性的影响,基于ANSYS CFX软件采用非均相模型和particle模型,选用甲烷水合物颗粒体积分数为5%、10%、15%和20%的海水为介质,对多相混输泵流场进行数值模拟。结果表明：当颗粒体积分数较低时多相混输泵叶轮和导叶内旋涡较小,但随着颗粒体积分数的增加多相混输泵叶轮和导叶内轴向旋涡逐渐增大;在叶轮流道内颗粒分布较为均匀,而随着颗粒体积分数的增加,导叶内较大的旋涡影响导致颗粒在导叶内出现明显的聚集现象,在导叶叶片表面颗粒主要聚集在吸力面前半部分,其分布区域远大于压力面,即导叶吸力面更易受到磨损;随着颗粒体积分数的增加,多相混输泵的扬程和效率均逐渐降低。     

螺旋混流式喷水推进泵压力脉动的数值研究

为研究螺旋混流式喷水推进泵动静干涉的压力脉动特性,运用ANSYS Fluent软件基于RNGκ-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法进行变流量工况下非定常数值模拟,分析变流量工况下泵内各监测点的时域和频域特性。结果表明,螺旋混流式喷水推进泵内压力脉动的振源主要位于叶轮与导叶交界处,压力系数的幅值最大,且压力脉动自交界面处分别向上、下游传播并逐渐减弱。在叶轮旋转区域,压力系数的幅值受径向位置的影响较强,在导叶静止区域,压力系数的幅值受径向位置的影响较弱。各监测点压力脉动的主频不受流量变化的影响,均为叶片通过频率。在叶轮进出口,压力系数受流量变化影响最为明显;叶轮出口处的压力脉动频谱较宽。在远离叶轮旋转区域,压力系数受流量变化的影响较小,监测点的主频集中在叶频处,压力脉动幅值较小,无高频脉动出现。研究成果可为喷水推进泵的噪声及振动控制提供参考。     

竖井贯流泵装置压力脉动数值分析

为深入研究竖井贯流泵站机组振动产生的机理,以国内某大型竖井贯流泵站泵装置模型为例,基于ANSYS-CFX商用数值模拟软件,在不同工况下利用N-S方程和标准κ-ε方程模型分别计算全流道三维非定常湍流。结果表明,采样频率影响压力脉动特性预测、泵装置内压力脉动的主频率为叶片通过频率、在各工况下叶轮进口压力脉动从轮毂到轮缘逐渐增大、运行工况偏离设计工况时脉动幅度变大、水泵叶轮进口前的压力脉动沿轴向向前至0.5倍转轮直径处消失。通过对比泵站模型试验结果与数值模拟结果,验证了本文数值模拟结果的有效性。     

空间导叶式离心泵非定常流动压力脉动特性分析

为研究立式长轴泵叶轮与空间导叶间由于动静干涉诱发泵流场内的压力脉动特性,基于标准κ-ε模型及Reynolds时均N-S方程对某型号立式长轴泵水力模型在0.8Q、1.0Q、1.2Q三种工况下进行非定常数值模拟,得到各监测点的压力脉动时域数据,通过FFT变换得到频域图谱,并对时域、频域曲线进行分析。结果表明,叶轮与空间导叶的动静耦合作用是产生压力脉动的主因;泵中主要存在白噪声、叶频及转频三种形式的压力脉动;压力脉动的大小受工况影响较大,额定工况下压力脉动值较小。研究结果为空间导叶式离心泵水力性能优化、振动及噪声诊断提供了依据,对其他形式压水室水压力脉动研究也有参考价值。     

贯流式水轮机流动特性及压力脉动特性研究

基于STAR CCM+软件,对贯流式水轮机全流道进行三维非定常数值模拟,研究不同水头工况下贯流式水轮机的内部流动特性及压力脉动特性.结果 表明,贯流式水轮机内部压力脉动主要受到叶片通过频率(10 Hz)和低频压力脉动的影响,在转轮进口和无叶区处,水轮机压力脉动主要由转轮旋转引起,在尾水管进口处,压力脉动既有低频压力脉动...     

空化对多相混输泵内流动特性的影响

为揭示螺旋轴流式多相混输泵的空化性能及不同空化阶段下多相混输泵性能的变化规律,基于标准κ-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对螺旋轴流式多相混输泵空化性能进行数值模拟,分析不同空化阶段空泡的发展对流速和压力分布的影响,揭示空化现象造成泵扬程下降的主要原因。结果表明,在螺旋轴流式多相混输泵内,在空化初生阶段,空泡主要集中在叶片吸力面进口处,随着空化余量的减小,空泡沿叶片吸力面流线方向逐渐延伸,当空化余量为0.8m时,空泡同时出现在压力面和吸力面上;当空化发展到压力面时,易导致混输泵的做功能力急剧下降;空泡体积分数越大,空泡末端区域的压力梯度变化就越大,会造成边界层分离和回流现象,加速空化的发展;空化会干扰叶轮内部流体的流动,使得空化区域流体的流速变化较大,从而导致流动的稳定性变差。研究结果可为多相混输泵性能的改善提供参考。     

不同流量下高速离心泵压力脉动特性分析

为掌握高速离心泵内压力脉动变化规律及其脉动源,采用CFX软件对其内部流场进行数值模拟,分析其不同监测点在0.4Qd~1.2Qd(设计流量)的压力脉动特性。研究表明:蜗壳与隔舌的动静干扰是主要的压力脉动源,且在叶轮出口处压力波动幅值最大,其主要频率为叶片通过频率;吸力面的压力要比压力面小,压力面在叶频附近的波动变化区域较大;流量在0.6Qd及以下时,整体压力幅值变化较其他流量时更为剧烈;压力脉动沿流道方向向下游扩散段传递,在蜗壳出口处压力值最小;大流量下的流线较为平滑,而小流量下流线变得紊乱,流量越小流线的扭曲就越严重。     

固液两相流对离心泵压力脉动特性的影响

为了研究含沙水流下径向式导叶离心泵内的压力脉动变化规律,采用大涡模拟和Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,并结合SIMPLEC算法,对输送固液两相流介质的径向式导叶离心泵进行了全流道三维非定常数值计算,并在叶轮与导叶交接面及蜗壳出口段处,将固液两相介质与清水介质时的计算结果进行对比分析。数值计算结果表明,离旋转轴越远处压力脉动幅值越小;导叶与蜗壳内叶频是压力脉动主要频率,且在1倍叶频处最大;导叶内压力脉动幅值均大于蜗壳内,且随着颗粒粒径的增大,压力脉动幅值逐渐减小;蜗壳隔舌处的压力脉动幅值大于蜗壳其他部位;在叶轮与导叶交接面处,清水介质时压力脉动幅值大于固液两相介质时,固液两相介质时脉动波形滞后于清水介质时0.003 5 s;蜗壳出口段,固液两相时压力脉动幅值均大于清水时。     

潜水泵压力脉动与非定常特性数值分析

为研究潜水泵的压力脉动特性,基于ANSYS CFX软件对潜水泵进行压力脉动模拟分析。结果表明,在一个旋转周期内,叶轮中叶片工作面和背面的压力脉动有明显的周期性,均出现五个波峰;蜗壳壁面上静压均值从Ⅰ~Ⅷ断面呈现先增大后减小的趋势,隔舌处静压均值大于Ⅰ断面处;蜗壳内部监测点处的主频均与叶频数值相关,且Ⅰ断面处蜗壳与叶轮动静干涉最为明显。模拟结果从侧面揭示了潜水泵内部的压力脉动情况,为减小潜水泵内部压力脉动和解决噪声形成提供了理论依据。     

1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。     

离心泵输送气液固多相流时性能指标的计算

对离心泵输送固液、气液 、气液固混合物时性能指标的计算问题进行了具体的研究，认为在气液固多相流的泵性能指标计算中必须考虑流型及各相的具体表现，扬程的计算要以“单位重量”为基础，论文重点进行了多相流动分析和扬程公式的推导，给出了泵使用和测试的相关计算方法和公式，参9。