离心泵内部不稳定流场压力脉动特性分析

离心泵内部不稳定流场压力脉动对于机组稳定性而言有着十分重要的影响作用。我们通过相关技术的分析能够对离心泵内的相关参数进行掌握和了解,并对压力脉动特性进行数据分析和阐述。对于离心泵而言,随着其近年来的应用与发展人们对离心泵的的压力脉动特性的重视度越来越高,在本文的研究和论述中,将对离心泵内部不稳定流场压力脉动特性进行分析。     

转轴动力学特性对离心泵压力脉动的影响分析

对于电动泵的研究而言,离心泵、转轴和电机应视为一个完整的系统来分析。若忽略了设备间的相互影响,单独对系统中的某一设备进行分析计算将可能无法通过仿真模型计算得到实验过程中出现的所有频率成分。本文建立了包括电机、转轴和泵在内的多场耦合仿真模型,用于分析轴在扭转方向的动力学特性对泵运行状态的影响。首先,建立了电机与水泵的仿真模型,并用转轴将其联系起来,实现系统的耦合仿真模拟;然后,计算了电机、转轴和水泵在相互作用影响下的转速波动情况和泵出口的压力脉动情况。结果表明,系统中不同设备间的转矩和转速是相互联系的;转轴同时连接着电机与水泵,其扭振特性也会在水泵瞬时转速的频率成分中体现;水泵运行转速的波动会进一步影响其壁面压力脉动的特性,最终可能导致在泵壳的振动信号中出现与水泵自身无关的频率成分。     

离心泵的压力脉动研究进展

对离心泵的压力脉动进行了较为全面的阐述,总结出离心泵内压力脉动随工况的不同,表现为三类不同的压力脉动：随机脉动、叶频倍频脉动、轴频倍频脉动;分别从动静干扰、二次流和汽蚀方面阐述了压力脉动的研究现状;介绍了压力脉动在高效点的快速测定,汽蚀监测及故障诊断和故障预防等方面的应用情况。压力脉动的研究将为今后更精确地预测非定常流动诱发压力脉动提供理论依据。     

冰粒对船用离心泵压力脉动特性的影响

为研究冰粒对船用离心泵压力脉动的影响,基于CFD数值模拟方法,采用欧拉-拉格朗日模型对不同冰粒体积分数工况下和不同冰粒直径工况下离心泵的压力脉动特性进行研究。通过试验与仿真结果分析发现：叶轮流道各区域的压力脉动随着冰粒体积分数增加而增加,当冰粒体积分数φ=0.09时,叶轮中部区域的压力脉动变化最为显著;压力脉动随着冰粒体积分数的增加而增加,蜗壳出口处压力脉动变化趋势表现出不明显的异向性;当冰粒直径d=0.5mm时,叶轮中部区域的压力脉动最大,叶轮出口处的压力脉动随着冰粒直径的增大而增大,叶轮中部区域的压力脉动随着冰粒直径的增加而减小;蜗壳流道处的压力脉动受冰粒直径影响较小,整体表现为随着冰粒直径的增加而增大。     

离心泵变转速压力脉动特性的试验研究

为探究变转速运行对离心泵压力脉动的影响,以1台比转速为95的单级单吸离心泵为研究对象,利用高频动态压力传感器,同步采集泵进、出口及蜗壳周向不同位置处变转速下的压力脉动信号,并开展相似工况下压力脉动信号频谱特性分析。试验结果表明:相似工况下,随转速提高,轴频、叶频及其倍频的压力脉动幅值均增大;对压力脉动幅值无量纲化,发现轴频及叶频处各测点压力脉动系数随转速的变化规律存在差异性,但各测点压力脉动系数的平均值却几乎不受转速影响,并且各测点在整个低频段(0~4 f_(BPF))的压力脉动能量平均值亦随转速变化不显著,表明压力脉动系数和能量平均值可作为衡量泵动态特性的参数;流量对泵动态特性影响显著,从0.6Q增加至1.3Q,各转速下泵压力脉动能量平均值呈先减小再增大趋势。     

侧壁式压水室离心泵的压力脉动特性

压力脉动是引起泵振动的主要因素之一,为有效地降低离心泵内压力脉动水平,提出具有特殊结构的侧壁式压水室。为研究其压力脉动特性,采用FLUENT软件对比转数130的侧壁式压水室离心泵进行数值计算,并将时域信号进行快速傅里叶变换为频域信号,结果如下:由于叶轮和隔舌的动静干涉作用,侧壁式压水室内压力脉动周期性明显,叶频在由压力脉动诱发的振动中占主导作用;由于隔舌位置及结构的变化,叶轮出口处液流与隔舌的直接冲击、干涉作用减弱,因此侧壁式压水室内隔舌附近监测点处的脉动幅值并未明显地高于其他点。与常规螺旋形压水室相比,侧壁式压水室可以大幅地降低泵内压力脉动水平,因此采用侧壁式压水室可以显著地降低由压力脉动诱发的振动,改善泵的振动性能。     

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。     

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。     

离心泵遗传算法多目标优化与压力脉动分析

为了改善离心泵在运行过程中存在的效率低、性能曲线有驼峰和抗汽蚀性能差的情况,以遗传算法和数值模拟相结合的方法对离心泵模型进行优化.建立以离心泵能量损失最小、抗汽蚀性能最强和性能曲线无驼峰为目标函数的数学模型,使用MATLAB遗传算法工具箱对叶轮7个主要变量进行优化,对优化后的模型进行流场分析,并在蜗壳流道内设置3个监测...     

高速离心泵叶轮动态特性分析

为了研究离心泵叶轮在启动过程以及流体作用力下的动态特性,采用单向流固耦合的方法获取离心泵启动过程中叶轮的动态特性,分析了不同工况下稳态径向力的分布规律以及非定常流动下叶轮所受瞬态径向力的变化规律,并通过谐响应分析获取叶轮在瞬态径向力下所产生的结构振动特性。研究发现：叶轮在启动阶段所受径向力先急剧增大而后减小,最后稳定到30 N处波动,其振动幅值先急剧增大后减小到0.01 mm处后稳定波动;非定常流动作用下叶轮所受瞬态径向力出现周期性变化,在频率为101.67,610 Hz处,叶轮振动幅值明显增大,表明在这2个频率处叶轮易出现振动失稳。     

叶轮形式对双吸离心泵压力脉动特性影响试验研究

双吸离心泵压力脉动是影响水泵机组运行稳定性的关键因素之一.为研究叶轮形式对双吸离心泵压力脉动的影响,对5种方案的叶轮进行压力脉动同台试验.通过在吸水室和压水室壁面布置压力脉动传感器,采集各个测试流量下的压力脉动信号,并进行混频幅值和频谱分析,得到吸水室和压水室的压力脉动分布规律.结果表明:双吸离心泵普遍存在叶片通过频率、泵轴旋转频率和低于轴频的低频脉动成分.相对于传统双吸叶轮,两侧叶片交错布置后可改善压力脉动特性;调整叶片出口边形状,增加叶片后盖侧的包角,可明显降低压水室叶片通过频率的脉动幅值,减轻动静干涉的危害;采用长短叶片形式可改善叶轮进口流态,降低吸水室的压力脉动,改善小流量工况下压水室的压力脉动特性.     

高速轿车车身脉动压力的数值分析

分析了高速轿车气流噪声的产生原理,通过求解Lighthill方程得出车辆外部气流噪声只与车身表面的脉动压力有关。采用RNG k-ε和LES相结合的方法求解车外流场,对三个速度下车辆外部流场和表面脉动压力进行仿真模拟,并分析了车辆外流场的特性,得到了车身关键点处的脉动压力级,并将左侧窗中部分监测点的脉动压力级的计算值和实验值进行了对比,得出两者变化趋势基本一致,误差低于5%。经计算分析表明,用大涡模拟方法来计算汽车脉动压力是可行的。     

偏离工况下离心泵的压力脉动和振动分析

为分析偏离工况下离心泵压力脉动和振动情况,本文采用大涡模拟和滑移网格技术研究一离心泵在偏离工况下叶轮内部和叶轮与蜗壳动静干涉位置的压力脉动,并对其进行了频域分析。分析结果表明:离心泵内部流动产生的压力脉动主频多数情况下是其通过频率。在不同运行工况下,叶轮出口处的压力脉动幅值均最大,大流量偏离工况下离心泵内部各部分压力脉动特性与设计工况基本相同,只是脉动幅值略有增大;小流量偏离工况下,离心泵叶轮出口(叶轮和蜗壳动静干涉区域)压力脉动幅值有所增大,脉动主频不再是通过频率,而且其频谱宽度明显增大;当离心泵运行工况小于0.6Q时,压力脉动明显比设计工况剧烈。     

无导叶离心泵蜗壳内低频压力脉动分析

为探究无导叶离心泵蜗壳内低频脉动的产生机理及该低频脉动对蜗壳内各监测点压力脉动的影响,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,在与试验结果对比分析验证模型计算精度的基础上,进行3个不同工况下的非定常压力脉动计算,其中湍流模型选用剪切应力输运(Shear stress transport,SST)模型,分析结果表明,蜗壳出口段因流线扭曲会产生一个低频脉动,出口段测点的主频等于该脉动的频率,且该低频脉动会对蜗壳内其余测点产生近乎一致的影响,使各点在该频率下具有相近的压力系数,其值与出口段的流动分离直接相关;各点脉动存在两个明显频率:低频与叶频;蜗壳隔舌附近的横截面上存在因流线扭曲产生的漩涡,其频率即为蜗壳出口段低频脉动的主频,从而证明因流线扭曲产生的漩涡为低频脉动产生的根本原因。     

压力脉动法诊断离心泵汽蚀的试验研究

汽蚀发生时，离心泵进出口原有压力脉动强度会发生变化。本文对离心泵进口压力进行了测试和频谱分析，弄清了汽蚀脉动频率的出现范围，找到了可以用于监测早期汽蚀故障的脉动频率，并确立了该脉动频率下脉动幅值和汽蚀余量的对应关系。     

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。     

高速车辆表面脉动压力的数值模拟及分析

应用软件Fluent的大涡模拟方法,对汽车模型的表面脉动压力进行了数值模拟与分析,得到了高速车辆的侧表面脉动压力分布图.结果表明,大涡模拟脉动压力分布趋势与试验结果较为吻合,计算结果基本满足工程需要,但计算精度有待于进一步提高.     

高速车辆表面脉动压力的数值模拟及分析

应用软件Fluent的大涡模拟方法,对汽车模型的表面脉动压力进行了数值模拟与分析,得到了高速车辆的侧表面脉动压力分布图。结果表明,大涡模拟脉动压力分布趋势与试验结果较为吻合,计算结果基本满足工程需要,但计算精度有待于进一步提高。     

旋涡泵压力脉动特性的研究

旋涡泵作为低比转速泵越来越多地应用于船舶、航天航空和化工等领域。但是旋涡泵内部的流体压力脉动会引起泵和装置的振动噪声问题,成为高性能旋涡泵设计应用过程亟待解决的问题。本文通过数值模拟和试验分析相结合的方法分析一台旋涡泵的压力脉动特性,并探讨通过非等距叶片分布方式以降低压力脉动的方法。结果表明:叶片均布条件下,叶频是压力脉动的主要频率,且在阻隔面附近叶频的幅值最大。与均布叶片旋涡泵相比,非等距分布叶片旋涡泵在不影响其性能的同时能够显著降低在叶频处的脉动峰值,但在叶频两侧产生了附加的频率,而振动总级有明显的下降。该研究为减小旋涡泵的压力脉动和泵体振动提供了一个可行方案,对含旋涡泵系统的减振降噪具有参考意义。