多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析

为了探究离心泵内部非稳态流动引起的压力脉动现象及其特性,以某型多级离心泵为对象,建立了流场三维有限元网格.采用Fluent仿真技术,选用RNG k-ε湍流模型对离心泵流场进行非稳态数值计算,通过设置监测点,得到了不同位置处在每个时间步长下的压力值.运用FFT方法,对叶轮及蜗壳等主要流道监测点的压力脉动进行频谱分析,结果表明叶轮和蜗壳内的压力脉动主要集中在叶频及其倍频处,并且叶轮与蜗壳之间动静干涉对压力脉动有较大的影响.     

仿生蜗壳离心泵内部非定常流动特性分析

为了改善离心泵内部流场的非定常流动特性,基于仿生学原理构建仿生非光滑表面蜗壳,利用滑移网格技术对标准蜗壳、仿生蜗壳离心泵内部流场进行非定常计算,研究不同时刻下不同蜗壳离心泵静压场及速度场的差异,对比不同蜗壳离心泵压水室内压力脉动特性.结果表明:在不同时刻下,仿生蜗壳扩散段内静压分布更均匀、压力梯度更小,速度方向、大小基本保持一致,相对标准蜗壳更不易出现漩涡、二次流及边界层分离现象;叶片扫过隔舌瞬间,仿生蜗壳叶轮流道内流线分布相对更对称;一个周期内,仿生蜗壳离心泵压力脉动最大与最小处的脉动幅值均明显降低.说明仿生蜗壳能改善离心泵内部非定常流场,且对压水室内压力脉动有明显的抑制作用.     

低比转速离心泵内部流场数值模拟

采用三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart—Allmaras湍流模型,对复合叶轮离心泵内部三维流场进行整机定常数值模拟,得到了复合叶轮离心泵内部流场的速度分布和压力分布。分析在不同流量点下复合叶轮和蜗壳内部流场,揭示离心泵内部的重要流动特征,证实了过流部件间相互作用引起的离心泵内部流场的不对称性。数值模拟结果表明,复合叶轮离心泵的整机数值模拟分析能够较准确地预测出离心泵内部的流场结构及性能参数。     

泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响

为了研究低比转数离心泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响,将叶轮出口宽度分别设计为5、6和7 mm,并保持蜗壳和叶轮其他几何参数不变。应用ANSYS CFX 14.5进行数值计算,对比了定常数值计算与外特性、粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)试验结果,验证了数值计算的可信度,3个方案的扬程、效率均满足设计要求。在非定常数值计算中,引入压力脉动强度表征3个旋转周期内压力脉动的累积效应。结果表明:对于同一叶轮出口宽度,小流量下蜗壳内压力脉动强度最大,大流量次之,而在设计工况下,压力脉动强度及其梯度均是最小的;由于叶轮和蜗壳的时序干涉作用,隔舌处出现压力脉动强度的大梯度变化;蜗壳进口宽度与叶轮出口宽度之比为3时,该低比转数离心泵的性能满足设计要求,且压力脉动强度较低,综合性能较优。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

含气率对导叶式离心泵内部流动的影响

为研究含气率对导叶式离心泵输送气液两相时内部流动的影响,基于延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)湍流模型及Mixture多相流模型对导叶式离心泵进行非定常数值模拟,得到不同含气率下,模型泵内气相分布、压力分布、流线分布以及所选监测点压力脉动情况,并将数值模拟的外特性曲线与试验进行对比分析。结果表明:气相主要在导叶靠近蜗壳出口的流道、蜗壳靠近叶轮前盖板一侧以及出口段靠近隔舌一侧聚集;导叶出口处压力从靠近隔舌处沿顺时针方向逐渐减小;蜗壳隔舌至第Ⅰ断面内及出口段靠近隔舌侧均出现了回流区;蜗壳壁面从P₁点顺时针方向沿蜗壳至出口段静压值逐渐减小;随着含气率的增大,叶轮进口处低压区面积增大,导叶内压力降低;蜗壳出口段多个面积较小的回流区转变为几个面积较大的回流区;同一监测点静压值逐渐减小,隔舌处静压值受含气率的影响最大。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算。通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性。计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率。     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算.通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性.计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率.     

双蜗壳内部定常湍流数值研究

为研究双蜗壳内部流场特性及其结构形式对流场的影响,对双吸离心泵的双蜗壳内部定常三维湍流进行了全流道数值模拟。数值方法基于雷诺时均N S方程,采用了标准k ε湍流模型,并通过SIMPLE算法进行速度压力耦合。计算得到了蜗壳内部断面的速度矩、速度矢量以及压力等参数的分布图,并获得了水泵的外特性以及蜗壳水力损失占总损失的比重。计算表明:该方法可较好地模拟双蜗壳的非均匀进口条件;进口回流和横截面内的二次流现象与蜗壳隔板的结构有重要关系;计算扬程和设计扬程吻合比较好。     

液力透平进口截面对水力损失及速度矩的影响

为减小液力透平各过流部件的水力损失,提高液力透平的效率,在不同蜗壳进口截面下将一单级液力透平蜗壳的基圆作为一环线,计算沿该环线的切向速度值,根据基圆半径计算出相应的速度矩,并在环线上分别设置4个监测点,利用ANSYS软件计算监测点处的速度矩随流量的变化规律,最后研究蜗壳进口截面对各过流部件水力损失的影响。结果表明:所选液力透平的蜗壳最佳进口直径为65mm,改进后液力透平的效率比原设计下的效率提高了1.83%,且在该蜗壳进口下叶轮进口的速度矩波动幅值最小;随着蜗壳进口直径的增加叶轮进口的速度矩逐渐减小,蜗壳收缩管的收缩率逐渐增加,收缩管中的水力损失逐渐减小。       

基于水力损失计算的离心泵叶轮叶片出口安放角选择方法

为提高离心泵的效率,在泵叶轮内水力损失计算的基础上,通过推导建立叶轮水力效率和流量、转速、叶片数、比转速、出口安放角及叶轮设计系数的函数关系。据此关系,针对一台Q=100 m3/h、H=34 m、n=2 900 r/min的泵,编写性能预测程序,得出不同叶片数、不同k₀取值下的叶片出口安放角和水力效率的关系,可知当叶片数Z=5、β₂=29°、k₀=4.2时,叶轮水力效率最高。按设计参数设计叶轮,并构建叶轮和蜗壳模型,利用FULENT软件对其内部流场进行数值模拟,得出在设计参数下泵的水力效率达到89.43%,证明了用所提出的方法可以设计出高效的离心泵叶轮。     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

低比转速离心泵驼峰稳定性及其影响因素研究

为了提高低比转速离心泵的效率,一般会将叶轮叶片出口角加大一些,但会引起H-Q曲线有驼峰,导致泵在小流量区运行不稳定.本文以国内某水泵厂生产的比转速为47的单级单吸式离心泵为研究对象,采用正交试验法选择叶轮出口边斜切比、出口角度、叶轮轴线倾斜角度、叶片包角、叶片进口边位置5个因素,每个因素采用4个水平,一共16个叶轮设计...     

离心泵叶轮内流体流动的有限元分析

应用有限元法,在二维、定常、不可压缩理想流体的假设下,对离心泵叶轮内流体的流动进行了分析,给出了叶片表面相对速度分布曲线及其压力分布曲线,反映了流体在叶片二侧相对运动及压力分布的不均匀性．     

多级离心泵内部间隙流动与泄漏损失

为研究多级离心泵前后密封口环对整体水力性能和容积损失的影响,以某高压离心泵为分析模型,建立叶轮、导叶和密封环一体化的整体模型并进行了三维流场模拟,得到不同工况下多级泵的水力性能和口环间隙泄漏量,分析间隙内的流场结构.结果表明,考虑环形间隙结构的全模型性能预测结果与试验值取得较好的一致,在设计点附近的泄漏量预测值与经验公式计算结果接近.高压多级离心泵内部泄漏损失对性能存在明显的影响,间隙内的回流和叶片出口处的损失随流量增加而减小,相反地,叶轮入口处的损失因流量和间隙泄漏量增加而增大.     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。     

长短叶片半开式离心叶轮内部流动的数值模拟

为了分析分流叶片对于半开式离心叶轮内部流动的影响，对轴向间隙为1.1 mm的4长叶片和4长4短叶片的两种半开式低比转速高速离心叶轮进行了研究.采用S A湍流模型和雷诺时均N-S方程，对叶轮内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析；并对离心泵进行了试验研究.数值计算结果表明，分流短叶片可以改善叶轮内部的流动；两个叶轮内部的静压力都由叶片进口到出口逐渐升高，等静压曲线几乎是沿圆周方向的；具有分流叶片的叶轮出口的压力系数较高.实验结果表明，具有分流叶片的叶轮离心泵的扬程和效率较高，说明分流叶片可以提高离心泵的性能.