导叶周向布置位置对核主泵压力脉动的影响

基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格模型,对核主泵导叶在不同周向位置缩比模型的内部流动进行全三维非定常数值计算。研究导叶周向布置位置对叶轮出口、叶轮-导叶间隙处以及泵壳内压力脉动的影响规律,并分析导叶周向位置对导叶下游流动的影响,结果表明:导叶周向位置对模型泵内压力分布影响较大,在时域图中,导叶位置主要影响模型泵内压力脉动的波动幅度,导叶在α=0?时压力脉动的主波动幅度最小;在频域图中,导叶位置主要影响压力脉动能量幅值,导叶在α=0?时脉动能量幅值最小。叶轮出口的压力脉动能量幅值最大,泵壳内的能量幅值最小,压力脉动主要由动、静叶间的相互干涉引起。叶轮出口、叶轮-导叶间隙处的压力脉动频率主要受叶频影响,泵壳内的压力脉动频率仅与转频有关。导叶周向位置对导叶下游的内部流动影响较大,导叶在α=0?时截面B—B内的压力分布均匀、压力梯度小。合适的导叶周向位置可有效改善泵内的压力脉动分布,进而降低泵的振动。     

某混流泵压力脉动分析研究

为了研究某混流泵内部流场压力脉动情况,应用商业软件Numeca进行非定常数值模拟。通过设置监测点,得到了叶轮和导叶位置的压力脉动结果,并进行了频域分析。结果表明,泵内压力脉动变化规律是周期性的。在叶轮内,叶片尾缘的压力脉动幅值均大于前缘,而导叶内压力脉动幅度由叶片前缘到尾缘逐渐减小,与叶轮内压力脉动变化规律相反。     

不同叶片出口角下离心泵压力脉动及径向力分析

在试验结果和数值模拟吻合良好的基础上,开展叶片出口角对离心泵压力脉动以及径向力影响的研究。本文以两级矿用潜水离心泵为研究对象,建立4组不同叶片出口角叶轮模型,通过数值模拟获得离心泵外特性,叶轮、导叶、蜗壳的压力脉动分布及叶轮径向力特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵内压力脉动呈周期性,当β2=16°和20°时叶轮出口压力脉动强度较大。随着叶片出口角增大,导叶和蜗壳内压力脉动均逐渐增强,且导叶内压力脉动强度大于蜗壳,不同叶片出口角下,导叶及蜗壳内脉动主频均为叶频。叶片出口角的改变也会对叶轮径向力矢量分布产生一定影响,随着β2增大,叶轮径向力逐渐增大,且首级叶轮轴向力大于次级叶轮,蜗壳比导叶有更好地改善叶轮轴向力的作用。     

导叶叶片数对轴流式油气混输泵内部非定常流场的影响

为了阐明导叶叶片数对轴流式油气混输泵内部非定常流场的影响,基于Mixture模型的两相流理论,湍流模型采用SST模型,以自主研制的YQH-100油气混输泵为研究对象,对油气混输泵不同导叶叶片数及不同含气率时的内部非定常流场进行了数值计算。结果表明:随着导叶叶片数的增加,油气混输泵的扬程下降趋势逐渐变缓,其最大差值为7.9%;油气混输泵的效率在含气率为0时先升高后降低,在含气率为0.5时逐渐升高,其最大差值为3.7%。对监测点压力脉动的变化分析表明,含气率为0.5时,监测点压力脉动的幅值更大。随着导叶叶片数的增加,导叶流道内压力脉动的变化更明显,压力脉动幅值的衰减变缓,叶频压力脉动的幅值逐渐减小。研究结果为导叶叶片数为9时,油气混输泵内非定常流动特性更好,由二级叶轮气相分布也能反映出混输泵的运行更稳定。     

不同导叶数混流泵的压力脉动分析

为了研究不同导叶数混流泵内部流场压力脉动情况,应用商业软件Numeca分别对模型1(4叶片、11导叶数)和模型2(4叶片、7导叶数)进行非定常数值模拟。通过设置监测点,得到了叶轮和导叶位置的压力脉动结果并进行频域分析。结果表明,模型1和模型2的叶轮内,工作面尾缘的脉动幅值大于前缘,背面前缘的脉动幅值大于尾缘,压力脉动最大值出现在叶片工作面尾缘,而导叶内压力脉动幅度均由叶片前缘到尾缘逐渐减小。除此之外,随着导叶叶片数增多,叶轮叶片工作面尾缘最大压力脉动幅值位置的压力脉动幅值增大,可以采用减少导叶叶片数的方法降低此部分的压力脉动幅值。     

汽车冷却水泵小流量工况下非定常空化特性研究

针对汽车冷却水泵的空化问题,对小流量工况下非定常空化特性及其对压力脉动的影响进行了研究。采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri (ZGB)空化模型,对水泵在典型空化状态下的流场进行了数值模拟研究,得到了小流量工况下叶轮内的非定常空化流动特征和空泡的时空演变规律;对蜗壳上的压力脉动进行了频谱分析,得到了不同空化条件对压力脉动的影响;通过泵的空化实验,对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着空化余量的减小,各监测点压力脉动峰的峰值和主频幅值逐渐增大,特别是隔舌位置处的压力脉动变化最为显著;泵内的空泡表现为不对称分布,主要集中在叶片前缘位置以及后盖板靠近叶轮进口位置,并随着空化的加剧,空泡体积分数逐渐增大。     

时序效应对导叶式离心泵内部压力脉动影响的数值分析

为了研究时序效应对导叶式离心泵内部非定常压力脉动的影响,基于雷诺时均(Reynolds averaged Navier-Stokes,RANS)方程,在0.6Qd、1.62Qd两个非设计工况下,应用SST k-ω湍流模型对导叶在一个栅距内的5个不同时序位置下泵内部流动进行三维非定常数值计算,得到导叶和蜗壳流道内压力脉度强度分布随不同导叶时序位置的变化规律,结果表明,导叶时序效应对叶轮与导叶的动静干涉引起的压力脉动强度影响较明显;在导叶靠近进口的吸力面区域和导叶喉部区域存在着较大的压力脉动强度;压力脉动强度沿着导叶流道向下游传播并逐渐减弱;导叶时序效应对蜗壳平面的压力脉动强度影响非常明显,压力脉动强度呈现不规律分布;当在小流量0.6Qd工况时,当导叶时序位置为C3时,导叶内压力脉动强度最大值为0.44,而当导叶时序位置为C2和C4时,压力脉动强度最大值分别为0.24和0.22;当在大流量1.62Qd工况时,当时序位置为C2时,压力脉动强度最大值为0.87,而当时序位置为C1和C4时,压力脉动强度最大值为分别为0.72和0.77;在非设计工况下,蜗壳内的压力脉动强度相对导叶的压力脉强度较弱。C4时序位置能减小余热排出泵运行中的压力脉动强度,从而提高泵的稳定性,为导叶的安装位置提供参考。     

叶片安放角对无轴泵喷推进器性能的影响

为揭示叶片安放角对无轴泵喷推进器运行特性的影响规律,采用计算流体动力学方法对无轴泵喷推进器在不同叶片安放角内部流动进行了数值模拟,分析了泵外特性、推力、内部流场分布以及压力脉动的变化规律。结果表明：设计工况下随着叶片安放角的增大,模型泵喷扬程和推力逐渐增大,效率逐渐降低,相较于叶片安放角0°,叶片安放角为+4°时扬程增大5.99%、推力增大2.08%、效率降低7.6%;叶片进口边压力明显下降,叶轮内流体流速逐渐减小,叶轮出口漩涡强度逐渐增强,漩涡面积减小;叶片安放角的变化对于泵喷内压力脉动的主频没有影响,但对主频处的幅值具有明显的影响,尤其是轮缘和流道中部压力脉动。研究结果对于低噪声无轴泵喷推进器的设计具有一定的参考价值。     

高速离心风机前缘倾斜叶片扩压器的降噪机理研究

采用噪声试验及定常和非定常数值模拟方法,研究了一高速离心风机前缘倾斜叶片扩压器的降噪机理。对比研究的两种叶片扩压器为前缘无倾斜和前缘有倾斜的圆弧叶片扩压器。通过研究离心风机叶片扩压器进口斜切对气流脉动压力的影响揭示其降噪机理。结果表明,所研究的150°前缘倾斜扩压器,既提高了风机性能,又有显著降噪效果。所研究高速离心风机,其离散频噪声占主导地位,集中在叶片通过频率及其二次谐波频率处。无倾斜的原始扩压器表面脉动压力主要特征是,波动幅值大,不同几何点之间基本同相位,脉动压力叠加效果显著,所以产生的气动噪声大。150°前缘倾斜扩压器,由于前缘倾斜切割,为叶轮盘侧出来的高速气流留出缓冲空间,在扩压器叶片前缘面上的气流冲击很快衰减,盘侧表面脉动压力幅值大大下降,这是其噪声降低的主要原因。前缘倾斜扩压器,由于前缘倾斜切割,各几何点之间的脉动压力存在相位差,所以叠加效果不明显,这是其气动噪声下降的次要原因。     

S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究

为研究S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用非定常CFD方法对不同工况时泵装置进行了全流道三维非定常流场数值计算,通过在叶片区设置监测点以获得叶片区关键位置的压力脉动数据,并进行频谱分析。通过与实测泵装置扬程和效率对比,证明该方法能较准确地反映泵装置内部非定常流动特征。研究表明:高效工况和大流量工况时,转轮进口和出口的脉动幅值从轮缘向轮毂侧逐渐减小,小流量工况时未呈现该规律,各工况时转轮进口和出口脉动主频受叶频控制。流量系数KQ在(0.368~0.552)范围内转轮进口处同一监测点的压力脉动幅值随流量增大而降低,转轮与导叶体间的脉动幅值随流量的增加先减小后增大,在高效工况附近脉动相对最小。导叶体出口的压力脉动主频受叶频的影响较小,未与导叶体叶片数成规律。     

叶片厚度分布对离心泵流动结构及性能的影响

为研究叶片厚度分布对离心泵性能的影响,在保证蜗壳和叶轮其他参数不变的情况下,设计了3种不同叶片厚度分布的模型,采用定常和非定常数值计算方法分别获取不同模型的外特性和压力脉动情况,并结合内部流动结构进行对比分析。结果表明：采用抛物线型非均匀叶片厚度分布方式能够显著提高离心泵性能,在设计工况下厚度较大的模型相比初始模型扬程提高0.38 m,效率提高3.07%;非均匀叶片厚度分布能够改善泵内流场,通过减小叶轮中部叶片载荷变化梯度,从而有效减少叶片间轴向旋涡,但在一定程度上加剧了尾缘流动分离;泵内非定常压力脉动主频集中在叶频上,采用非均匀叶片厚度分布能够显著降低泵内不同位置处的压力脉动幅值,相比初始模型,2个厚度优化模型在叶轮出口各监测点处的平均叶频脉动幅值分别降低了21.7%和33.5%,一定程度减弱了泵运行过程中的流致振动。     

离心泵叶轮区瞬态流动及压力脉动特性

目前离心泵过流部件的瞬态流动分析主要集中在蜗壳内,对旋转叶轮区内的流动特性研究较少。基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格,对不同工况下离心泵内部瞬态流场进行数值模拟,计算得到的离心泵扬程和效率曲线与试验结果吻合较好。在离心泵叶片正背面分别设置3个监测点,分析叶轮区压力脉动特性。结果表明,设计工况下叶片正背面压力脉动的主频为叶轮转频或2倍叶轮转频,非设计工况下其主频均为叶轮转频。从叶轮进口到出口,叶片正背面的压力脉动最大幅值都逐渐增大。同一监测点上压力脉动最大幅值在小流量时最大,约为设计工况下5倍。分析小流量工况下叶轮内部相对速度分布,叶轮出口处附近随时间变化的旋涡是内部流动不均匀的主要原因,使得离心泵在该工况下运行效率低、压力脉动强度大。     

立式轴流泵装置叶片区压力脉动数值分析

压力脉动是影响轴流泵装置安全稳定运行的重要因素之一,为明确轴流泵装置叶片区压力脉动的变化规律,基于CFD软件对立式轴流泵装置全流道进行三维非定常数值计算,获得了轴流泵装置叶轮和导叶体区域的压力脉动时域数据,分析了最优工况时各监测点压力脉动特性,以及3个特征监测点的压力脉动随流量的变化规律。结果表明:最优工况时,叶轮进口压力脉动幅值从轮缘到轮毂逐渐减小;叶轮出口压力脉动幅值从轮缘到轮毂先减小后增大;导叶体出口处的压力脉动幅值从轮缘到轮毂先增大后减小。叶轮进口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小;叶轮出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大先减小后增大;导叶体出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小。小流量工况时各监测点的压力脉动主频幅值均大于最优工况和大流量工况。计算结果为分析轴流泵安全稳定运行提供了参考。     

蜗壳式多级离心泵特性及压力脉动研究

为了研究压力脉动在蜗壳式多级离心泵内的级间相互关系,以改变第二、第三级间叶轮的周向位置建立不同方案,利用FLUENT软件,采用SST k-ω湍流模型对蜗壳式多级离心泵的内部流场进行多工况的非定常数值模拟,获得各个方案不同监测点的压力脉动特性,并对其进行对比分析。结果表明:在本研究中,压力脉动的级间叠加现象只发生在第四级叶轮内。即使第四级叶轮处于相同位置时,不同方案下,第四级叶轮及蜗壳内的压力分布也呈明显不同。在发生压力脉动级间叠加的第四级监测点上,压力脉动主频的幅值发生了明显变化,但是主频的频率值却无任何改变。     

交错叶片对双吸离心泵性能特性影响分析

为了积极响应及实现国产化要求,对原进口泵进行整机国产化研制,通过数值模拟分析了叶轮叶片交错角度为0°、15°、30°时离心泵内的流态和压力脉动。结果表明:随着叶片交错角度的增大,小流量工况下,扬程值逐渐降低,效率值无明显变化;大流量工况下,扬程值和效率值逐渐增大;额定工况下,随着叶片交错角度的增大,压出室对称分布的两个单独流道同一位置处静压值逐渐增大,相对速度值逐渐减小,而叶片处的相对速度值无明显变化。压出室内压力脉动幅值随着叶片交错角度的增大出现明显的减弱现象。同一叶片交错角度下,随着压出室过流断面的增加,压力脉动幅值逐渐减小,隔舌位置处压力脉动幅值受动静干涉作用最大。站场运行结果表明,叶片交错角度为30°的国产泵较原进口泵振动值减小、耗能降低、泵运行平稳且效率高。     

叶顶间隙对汽车水泵压力脉动影响的数值研究

汽车水泵作为汽车冷却系统中的重要部件,对发动机性能有着重要的影响。基于SST k-ω湍流模型,对不同尺寸下叶顶间隙的汽车水泵进行了非定常数值计算,研究了其内部流场和压力脉动特性。结果表明:在不同的叶顶间隙下,泵内流场的压力脉动特性均表现出明显的周期性变化,各监测点压力脉动峰值均出现在叶频处,同时随着叶顶间隙的增大,叶片上和蜗壳内的压力脉动是逐渐减弱的;泵内压力梯度也随着叶轮旋转呈现周期性变化,随着叶顶间隙的增大,叶轮、蜗壳和叶顶间隙上的压力是逐渐减小的;叶轮流道内和蜗壳出口处均出现二次流回流旋涡,随着叶顶间隙的增大,叶轮流道内涡强度减弱,蜗壳出口处涡强度加剧。     

半开式叶轮离心泵叶顶位置压力脉动数值分析

由于叶顶间隙值对半开式(叶轮)离心泵性能影响显著,因此在设计半开式离心泵时,叶顶间隙值的选取具有重要实际意义。为了研究叶顶间隙对半开式离心泵叶顶位置压力脉动特性的影响,选取间隙值为0.25 mm、0.3 mm、0.35 mm和0.4 mm的半开式离心泵为研究对象,应用ICEM软件进行结构化网格划分,采用RNG k-ε湍流模型对泵进行非定常数值模拟,并检测叶片顶端压力脉动特性。结果表明,随着叶顶间隙值增加,泵的扬程逐渐下降;间隙的存在导致间隙泄漏流与主流相互影响,加剧了流动的不稳定性;叶顶间隙对叶片顶端压力脉动影响显著,随着间隙值的增加,叶顶中后位置处的压力脉动幅值逐渐降低,说明叶顶间隙值的增大改善了离心泵运行的稳定性。     

大型混流式模型机组动应力及压力脉动测试研究

最近几年在若干水力工程中,由于设计及机组运行调度的不合理,一些电站的机组,尤其是转轮叶片出现了局部裂纹问题,这引起了业界的高度关注。为此,东方电机在模型机组和真机上开展了叶片表面的动应力及表面压力脉动的测试。呈现模型机组测试的结果,通过这种测试发现最大的压力脉动幅值出现在转轮进口边区域,叶片表面上的压力脉动幅值明显大于转轮与活动导叶动静干涉所在的无叶区诱发的压力脉动幅值以及尾水涡所在的尾水管区域诱发的压力脉动幅值。叶片表面的压力脉动对应的主频和动应力对应的主频一致,主要为叶片数通过频率。动应力表现为类转频、尾水涡频率和动静干涉频率的叠加。     

基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

基于CFX采用数值模拟方法计算轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距S的变化对泵装置性能的影响。在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上,应用Navier-Stoke方程和标准k-ε湍流模型,通过对轴流泵全流道三维湍流数值模拟,求解了导叶出口处的速度场和压力场。分析了S=9mm,S=12mm,S=15mm 3种情况下,流量、扬程、功率和效率的关系,研究了轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距的变化对泵装置性能的影响。     

应用滑移网格技术分析多级离心泵的三维瞬态流动

运用滑移网格技术、三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的k-e湍流模型对工业中常用的D型多级节段式离心泵进行了全三维瞬态流场的数值模拟,分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题.滑移网格设置在多级离心泵叶轮出口与固定导叶入口之间的交互界面,对每个时间步求解流动方程.对任一个叶轮旋转周期内,分析叶轮径向力、静压等参数出现脉动信号频率与动、静叶片数的关系;分析静、动叶片间静压值沿周向的变化规律.该三维非稳态模拟结果可为多级离心泵的水力优化设计提供依据.