离心泵空化流场叶轮力特性研究

为进一步说明离心泵叶轮受力与空化作用的内在关联,计算以RNG k—ε湍流模型和Zwart-Gerbe-Belamri空化模型为基础,对一离心泵在两个流量(1.0Qo和0.46Qo)下的空化流动进行数值计算。结果表明:设计工况(1.0Qo)时叶轮径向力几乎不受空化作用的影响,小流量工况(0.46Qo)径向力幅值随空化系数的降低略有减少,发现流量对径向力的影响相比空化现象更为显著;两个流量下轴向力随空化的发展均出现增加,指出由空化作用引起的叶片及叶轮盖板内表面所受轴向力的减小,是导致整个叶轮轴向力增加的主要原因。     

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。     

泵反转液力透平转速特性研究

为了研究液力透平的转速特性,采用Fluent软件动网格中的SDOF求解器对一台比转速为48的离心泵反转作液力透平进行数值模拟,分析了液力透平在启动过程中转速的变化规律。结果发现：随着转速的增大,透平高效区变宽,高效点明显向大流量偏移。流量越大,透平的飞逸转速就越大,各流量工况下的飞逸转速约为额定转速的1.4倍。在负载系数B_g为1.4905时,其负载力矩达到临界值,继续增加负载,叶轮不在工作,此时的水动力矩小于负载力矩。     

离心式压缩机转子过盈配合的弹塑性接触分析

为了更合理地确定离心压缩机叶轮与轴之间的配合关系,综合研究了叶轮外径及转子转速对接触应力的影响,并提出相应的装配过盈量计算模型。叶轮外径沿轴向方向呈一定的规律变化,轴向方向上不同位置叶轮的刚度随之变化,进而影响接触应力和位移;叶轮因转速产生径向位移,进而对接触应力形成减小效应,接触应力的减少程度与转速及轴向不同位置的叶轮结构有关;综合考虑叶轮轴径和转速的影响,结合压缩机转子接触应力和轴向力矩约束条件,提出了最优过盈量计算模型。基于Abaqus的分析结果验证了理论模型的合理性。     

高速轴向柱塞泵柱塞腔空化机理研究

针对高速轴向柱塞泵内的空化问题,以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象,搭建了其CFD数值仿真模型,研究柱塞泵旋转过程中的空化机理及演变规律。首先,对额定工况下柱塞泵的空化现象进行可视化分析,揭示空化的发生位置及在该位置处产生空化的机理;其次,以转速为变量,研究转速对空化的影响规律及其影响机理。结果表明:空化主要发生在柱塞腔内,充液率不足和流体漩涡影响是空化的主要原因;空化程度随着转速的升高而不断升高,这是由于流体流速的提高导致静压低,另一方面流体的离心力增大造成了充油率不足,同时还使流体进入柱塞腔的射流角增大;最后,根据空化机理对柱塞缸体底孔进行结构改进。在额定工况下,改进后柱塞腔内的空化程度与改进前相比下降了59.3%,空化抑制效果显著。     

液力减速器制动性能的计算方法

为了更加精确预测液力减速器的制动性能,归纳分析了液力减速器稳态工况制动力矩计算的3种方法,并通过与实验结果的对比,阐述了各种方法的优、缺点和适用性,指出采用液力计算与CFD数值模拟相结合的方法在液力减速器的设计计算、结构优化中具有较高的可行性和使用价值.     

平衡孔位置对离心泵轴向力影响的数值模拟研究

为了减小离心泵叶轮的轴向力,在全计算域的基础上,基于RNG k-ε湍流模型和定常计算,系统地研究了平衡孔的径向位置和周向位置对轴向力的影响。结果表明:在保持平衡孔直径不变的情况下,平衡孔径向和周向位置的变化对泵性能的影响非常小;当平衡孔到离心泵转轴的径向距离减小时,轴向力减小;平衡孔开孔位置越靠近叶片背面,平衡孔泄漏量越大,轴向力越小;减小平衡孔到转轴的径向距离并使平衡孔开孔位置尽量靠近叶片背面,能够最大幅度地减小离心泵的轴向力,计算得到的轴向力最小值比最大值减小14.99%。     

大流量工况高比转速潜水排污泵空化性能分析及优化

为提升高比转速潜水排污泵在大流量工况下的空化性能,通过增大叶片进口安放角、减小包角的同时前移叶片进口边的方法,在不改变叶轮外形尺寸的基础上对叶轮叶片进行优化。基于CFD数值计算,预测了3个流量工况下的优化方案(方案二)高比转速潜水排污泵的外特性性能和空化性能,并与原有方案(方案一)的性能进行了对比分析。结果表明:随着空化余量的降低,叶轮进口边附近逐渐产生低压区,主要集中在叶片进口边背面。在叶轮外形尺寸不改变的基础上,增大叶片进口安放角、减小包角的同时前移叶片进口边,不仅可以提高高比转速潜水排污泵的外特性性能,还可以提高大流量工况时的空化性能。在流量为1 500 m~3/h时,必需空化余量仅为5.37m,比原有方案的空化性能提升了6.24m。     

医用风机启动及瞬态变工况运行特性分析

基于CFD三维全流场数值模拟分析，对呼吸机医用风机在启动和变工况运行过程瞬态流动特性进行详细分析。根据仿真计算结果可知，风机快速启动过程湍动能随转速增加而增加，而叶轮靠近隔舌的流道处湍动能强度最小，转速越快此处影响越明显。在变速运行过程中，由于风机惯性和动静干涉作用导致风机出口压力变化存在波动，同时变化频率落后于转速变化频率。风机停机过程中，转速不断降低，叶轮压力侧先发生脱流然后向整个流道发展；叶轮停机后，由于回流现象，叶轮会出现扭矩负值，相反，叶轮停机后，叶轮出口湍动能和静压由于惯性和涡流的存在仍然大于0。     

轴向柱塞泵内部空化流的可视化分析

通过设计泵的模型对轴向柱塞泵的配流盘的切口(V型槽)附近喷射流动进行可视化分析。使用高速摄像机从轴向和垂直于轴的方向能够清晰地观测到空化现象。另一方面,应用三维DES(Detached Eddy Simulation,分离涡模拟)湍流空化模型进行CFD仿真分析来估计空化现象的发生和区域。通过比较在3 MPa和5 MPa压力(300 r/min和600 r/min泵转速)条件下空化的仿真和实验结果,表明CFD仿真与可视化实验有很好的一致性,对于估计空化的范围是非常有用的。进一步得到了24 MPa(2400 r/min泵转速)情况下的空化云图并讨论了气蚀的产生。最后通过使用3个V型槽的配流盘成功地抑制了空化效应。