轴流泵的空化研究

为了研究轴流泵内的空化流动,采用修正的RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对某一轴流泵空化流场进行稳态数值模拟,得到了轴流泵的外特性曲线及空化性能曲线并和试验数据对比。结果表明,修正的RNG k-ε湍流模型能够较为精准地对轴流泵内的空化流动进行预测;随着汽蚀余量的降低,叶片背面压力梯度变大且分布紊乱,叶片出口位置处的湍动能强度越来越大且向叶片进口和相邻叶片工作面位置扩大;汽泡最先在叶片背面进口轮缘位置处产生,然后向叶片背面进口轮毂位置和叶片背面轮缘位置处扩大。     

基于计算流体力学的串列轴流泵空化性能分析

对一串列轴流泵内部空化流场进行计算,研究设计流量下串列泵内部空化发展过程,分析串列泵的空化性能。湍流模型采用一种RANS/LES的混合模式FBM模型,通过二次开发引入到计算软件;采用Zwart空化模型处理相间质量传输过程。基于一普通轴流泵的试验空化特性数据对上述计算方法进行验证,结果表明上述计算方法可以较好地预测轴流泵的空化特性。研究结果表明,在设计流量下,串列泵内部空化发展可以分为四个阶段:空化初生阶段、首级叶轮空化发展阶段、次级叶轮空化发展阶段和空化充分发展阶段。在首级叶轮空化发展阶段和次级叶轮空化发展过程中,串列泵的能量特性存在一个过渡阶段。在该过渡阶段,串列泵整体外特性仍具有较高水平,这是由于首级叶轮外特性下降的同时次级叶轮外特性稍有上升。     

非线性空泡模型在轴流泵空化模拟中的评估分析

为了提高传统空化模型预测轴流泵空化特性的能力,提出了一种基于非线性Rayleigh-Plesset方程的空泡动力学模型,联立两相-3种组分的均相流假设,建立了一种非线性空化模型。分别采用非线性模型及传统的Schnerr-Sauer模型对比转速n_s=692的轴流泵叶轮内空化流动进行数值计算。研究发现:非线性模型预测的轴流泵空化性能曲线与实验测量值吻合更好,叶顶间隙内附着型空化长度随着空化数的降低呈现先缓慢增长后迅速增长的规律;当轴流泵叶片吸力面发生严重空化时,空化区域的后部靠近轮毂的位置空泡体积分数发生了急剧变化,该处最容易发生空蚀破坏。     

轴流泵中泄漏涡空化的预测

讨论了轴流泵内叶尖间隙流与通流的相互作用。导出了泄漏涡空化指数与叶片几何参 流动参数的关系模型。用该模型得到的空化指数与实验结果一致,确定了最佳叶尖间隙。     

泵空化流数值计算研究现状及展望

空化是一种包含气液相间质量传输的非定常可压缩多相湍流流动现象,它是泵性能和效率下降的主要原因。空化流动的计算主要涉及空化模型和湍流模型两个方面。本文概述了空化模型的一些基本理论,并比较了各个空化模型的优缺点;简要分析了湍流模型对空化流计算的影响;介绍了这些模型在泵空化流计算中的应用;最后展望了泵空化流计算模型的发展方向。     

大流量工况下离心泵非定常空化流动特性分析

为了研究在大流量工况下离心泵的空化现象,以及该工况下的空化与压力脉动关系,通过实验测试,在蜗壳内建立监测点进行数值分析,研究了大流量工况下,不同空化阶段离心泵的压力脉动情况,并且对离心泵的非定常空化流动特性进行了分析。首先,通过搭建离心泵闭式管路实验台,对离心泵外特性及不同程度空化情况进行了测试;然后,应用RNG k-ε湍流模型和全空化模型,对一台单级单吸悬臂式离心泵进行了数值计算,得到了空化流场和蜗壳上监测点P1～P5的压力脉动时域和频域特征;最后,基于数值计算结果,分别对叶轮内不同空化状态下,蒸汽体积分数、中间截面速度矢量分布以及监测点的压力脉动进行了分析。研究结果表明：随着空化的加剧,叶片吸力面的空泡区域不断扩大,对流道进口的堵塞作用逐渐增强,而蜗壳上各压力脉动监测点的主频也随之发生显著变化;因此,对泵蜗壳上压力脉动的监测和分析可为空化现象的判断提供参考。     

工况参数对螺旋槽机械密封液膜空化特性的影响

为了合理选择各因素以实现对液膜空化的有效控制,以螺旋槽机械密封为研究对象,采用流线迎风有限元法求解满足质量守恒JFO边界条件的控制方程,分析工况参数对液膜空化特性的影响.结果表明:介质黏度、平衡半径和弹簧力减小时,迎流侧压力降低,背流侧压力提升,液膜空化率降低,空化临界转速与临界压力变化趋势相反;介质黏度和弹簧力越小,...     

液压滑阀高压空化流动特性的数值研究

采用数值模拟方法研究液压滑阀内的高压空化流动特性,分析了进口压力的改变对液压滑阀内的高压空化流动特性的影响。结果表明:在高压入口条件下,液压滑阀节流槽区域内及其出口处存在多个空化区域。随着进口压力的增加,液压滑阀内的空化流场会从稳态向非稳态转变;当液压滑阀内的空化流场处于非稳态时,其空化流动结构的变化具有明显的周期性,可明显区分出空化初生、发展和衰退阶段。进口压力越高,节流槽出口处的空化区域和强度越高,空化流动周期性变化的时间越短,且会出现云空化脱落现象。     

可调节叶片轴流泵水力矩数值计算

应用APSYS软件对比转速ns＝500可调节叶片轴流泵的水力矩进行了计算，结果表明在泵设计工况及其附近区域，紊流模型计算值与实测值较好吻合。     

离心泵非定常空化流动特性的数值研究

采用压力边界条件对一单级单吸蜗壳离心泵进行了三维空化非定常相变流动的数值计算,模拟过程通过定常计算、基于滑移网格技术的非定常计算、以及结合混合项模型和Schneer-Sauer方程的空化演变计算,成功捕捉了泵内非定常空化流动特性。计算结果表明:设计工况叶轮前缘空化率在0.92%～1.12%范围内以叶片旋转频率做周期性变化;当叶片靠近蜗舌时空化加剧,而泵流量略有降低;当叶片远离蜗舌时空化减轻,流量有所增加。     

基于全空化模型的柱塞泵内空化流动数值模拟

针对典型斜盘式轴向柱塞泵工作时出现的空化现象,以某高压柱塞泵为例,建立了柱塞泵配流过程中,气液混合相的连续性控制方程和运动控制方程,推导了基于气液两相流的质量输运控制方程,并对柱塞泵进行了空化流动的数值模拟。仿真结果表明,不同的转速、压差和配流盘结构对柱塞腔内部、配流盘表面以及缸体与配流盘接触处的空化存在影响,且仿真结果与实验检测数据结果是吻合的。     

轴流泵变转速性能试验及内部流场数值计算

研制比转速550 r/min、转速2 900 r/min型QY90-4.4-1.5潜水轴流泵样机。通过型式及变转速外特性试验,得出轴流泵qV-H、qV-Pa和qV-η性能曲线变化规律;验证qV-H、qV-Pa曲线及各转速最优工况之间换算均不满足相似定律,泵综合特性曲线等效曲线与相似抛物线差别较大;采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法进行转速对流场影响数值计算,得到不同转速下最优工况叶片表面速度和静压分布,阐明外特性变化规律内在原因;泵转速提高,叶片表面速度增大,内部流动基本符合圆柱层流面无关性假设;同时叶片所受升力增大,叶片背面所承受的负压强进一步降低,易发汽蚀的可能性增大,可以推测汽蚀是制约轴流泵高速化发展的主要因素之一。轴流泵内部液流轴向运动雷诺数较小,难以达到尼古拉兹试验粘性力相似的自动模型化区,且叶栅与单翼型升力系数的差异,也难以保持变转速工况之间升力的相似,这是不满足相似定律的主要原因。     

不同工况下涡旋泵空化与性能的数值模拟

针对涡旋泵建立了含有实际间隙的三维流体域模型,采用CFD技术对其进行了三维非定常模拟,研究了不同转角下的内部流场,分析了不同工况下的泵内空化现象及其性能.结果 表明:由于涡旋泵结构特点和运动方式,导致泵的2个工作腔内的流动具有不对称性;在吸液末期和排液初期,工作腔内产生较高的压力脉动,严重影响泵的稳定性;在高压差的作用...     

轴流泵内部流动的数值模拟研究

应用三维湍流Navier-Stokes方程、Realzable两方程湍流模型、壁面函数方法及叶轮与导叶间的滑移网格,对轴流泵段的内部流动进行了数值模拟研究,得到不同流量和不同半径处的叶片表面的压力分布特征,发现叶片背面的压力等值线的形状和分布趋势比较稳定,叶片升力面的压力等值线形状和分布趋势变化较大.     

轴流泵端壁间隙流动特性的数值分析

采用CFD计算软件CFX11.0,基于标准的k-ε紊流模型和SIMPLEC算法,对带间隙的轴流泵的内部流场进行了数值模拟.研究和分析了0、1、1.5、2和2.5mm五种不同径向间隙对轴流泵的能量特性的影响,并进行了性能预估.本次数值模拟捕捉到了叶顶间隙泄漏流动和间隙泄漏涡,并通过分析得出了间隙泄漏涡是由于间隙泄漏流与主流发生卷吸而形成的.     

轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析

为了分析某型号轴流泵叶轮汽蚀状态下汽液两相流特征,本文基于均相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIM-PLEC算法,分别从外特性和内部流场两方面分析了轴流泵叶轮的空化过程,通过定量分析不同NPSH下轴流泵的扬程下降和空泡分布的对应关系,讨论了不同空化状态下叶轮内部速度场和压力场的分布,寻找出轴流泵空化发生破坏的位置和发展趋势。数值模拟结果表明,空化初生时空泡产生于叶片背面进口轮缘处,随着轴流泵进口压力的不断降低,叶片背面外缘处空泡逐渐向轮毂侧发展,且外缘侧空泡不断向前推进,在装置汽蚀余量NPSH为6.62m时,空泡基本覆盖叶片的背面,此时叶片丧失了部分做功能力,且扬程下降明显。计算模型泵进行了现场运行试验,试验结果表明,数值模拟的空泡分布与实际破坏位置一致,验证了数值计算的准确性,也为解决轴流泵汽蚀破坏问题提供了内流流场参考。     

Unsteady Flow and Structural Behaviors of Centrifugal Pump under Cavitation Conditions

Cavitation has a significant e ect on the flow fields and structural behaviors of a centrifugal pump. In this study, the unsteady flow and structural behaviors of a centrifugal pump are investigated numerically under di erent cavitation conditions. A strong two-way coupling fluid-structure interaction simulation is applied to obtain interior views of the e ects of cavitating bubbles on the flow and structural dynamics of a pump. The renormalization-group k-ε turbulence model and the Zwart–Gerbe–Belamri cavitation model are solved for the fluid side, while a transient structural dynamic analysis is employed for the structure side. The di erent cavitation states are mapped in the head-net positive suction head(H-NPSH) curves and flow field features inside the impeller are fully revealed. Results indicate that cavitating bubbles grow and expand rapidly with decreasing NPSH. In addition, the pressure fluctuations, both in the impeller and volute, are quantitatively analyzed and associated with the cavitation states. It is shown that influence of the cavitation on the flow field is critical, specifically in the super-cavitation state. The e ect of cavitation on the unsteady radial force and blade loads is also discussed. The results indicate that the averaged radial force increased from 8.5 N to 54.4 N in the transition progress from an onset cavitation state to a super-cavitation state. Furthermore, the structural behaviors, including blade deformation, stress, and natural frequencies, corresponding to the cavitation states are discussed. A large volume of cavitating bubbles weakens the fluid forces on the blade and decreases the natural frequencies of the rotor system. This study could enhance the understanding of the e ects of cavitation on pump flow and structural behaviors.     

螺旋离心泵内回流涡空化的计算与分析

为了对水力机械内部的回流涡空化流动进行深入研究,应用CFD软件对一台螺旋离心泵进行了数值模拟计算,发现在一定工况下,螺旋离心泵叶轮进口处发生了回流涡空化,回流涡空化所形成的回流涡空化云会随叶轮的转动而转动,且回流涡空化云在转动时,回流涡空化云的体积会发生变化。