基于CFD的高海拔地区某型号离心泵水力性能优化

离心泵已在工农业生产过程中得到了广泛的应用,因此,水泵的高效运行非常重要。但是到目前为止,对高海拔地区水泵的高效率运行研究几乎是空白。为了解决某型号离心泵在高海拔地区长期运行后出现的效率明显降低的问题,基于CFD数值模拟软件,运用SST湍流模型,对该型号的离心泵在不同叶片数下的流场进行了数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行了比对分析,以探索添加叶片对提升该型号离心泵效率的影响。结果表明:模拟结果与试验数据误差在允许范围内(3%),将叶片数从4增加到6时,运行效率提升到89%,但叶片数增加到8时,并不利于离心泵效率的提升。研究结果可为该型水泵运行效率的提升和改型提供借鉴与理论参考。     

离心泵叶轮内部流动数值解的评价

在贴体坐标系下，采用有限差分法计算了一个用激光测速计(LDV)测量过的实验叶轮内部无粘性流动。计算表明，在最优工况数值解与LDV测量值最大相对误差为17%，最小相对误差为2.7%，平均相对误差为11%.这一结果说明在最优工况，叶轮内部无粘性流动的数值解与实验得到的粘性解比较接近。因此采用叶轮内部无粘性流动模型和贴体坐标下系的有限差分法来进行离心泵叶片准三维反问题设计有较好精度。     

离心泵叶轮内部清水流动实验研究

利用二维激光测速计测量了小出口角离心泵输送清水时最优和小流量工况叶轮内部流动.实验表明，在叶片吸力面没有很宽的尾流，压力面也不存在射流，叶轮内部流动与射流/尾流模型不符合.     

叶轮与导叶匹配关系对立式离心泵水力特性影响的实验研究

大型含导叶立式离心泵广泛应用于高扬程远距离调水,旋转叶轮与静止导叶动静干涉引起的无叶区内高幅值压力脉动是影响其稳定运行的关键因素.为研究叶轮与导叶匹配关系对水泵水力特性的影响,对3台模型泵开展能量特性与压力脉动同台对比实验,分别监测了进水流道、无叶区和压水室的压力脉动信号,并进行时域和频域分析.结果表明:泵运行流量越靠...     

离心泵叶轮设计参数对性能的影响

水泵叶轮的设计参数对性能有直接的影响，水泵的叶片数Ｚ取５～６片、叶片出口角β２取３５°～４５°时水泵性能较为理想，叶片出口直径Ｄ２从２８４ｍｍ切割到２６６ｍｍ时，实测性能大部分比计算的性能低，叶片出口宽度ｂ２取决于额定流量，轮毂比Ｒｂ取决于泵的扬程和功率，水泵的转速ｎ、叶轮入口直径及叶片入口宽度取决于泵的汽蚀性能，叶片入口端位置对泵的性能影响不大。欲获得较理想的水泵性能，必须综合考虑这些因素的影响，选择最佳的参数组合，以求设计出性能优越的离心泵。     

离心泵叶轮中颗粒轨迹与磨损的关系

通过对离心泵叶轮中颗粒轨迹影响因素的分析，从中获得了颗粒轨迹与磨损的关系。     

离心泵叶轮水中固有频率经验下降系数分析及优化

在工程实际中,通常采用结构在空气中的自振频率乘以一个经验影响系数得出水中的自振频率,但是通过传统经验影响系数得出的结果与现实相比有很大的误差。本文选用能更加清楚表达水体对叶轮固有频率影响大小的下降系数进行研究。运用基于流固耦合的有限元方法对圆柱模型和两种离心泵叶轮进行模态计算,通过对结果的分析和比较发现：下降系数与结构的固有频率和振型有很大关系,采用分段取值更为合理,模态低阶取小值,高阶取大值,旋转振型取小值。最后对离心泵叶轮模型计算结果进行二次优化,得到更加符合实际的经验下降系数：模态前6阶除第3阶取0.05外,其余取0.15,第7—10阶取0.40。     

不同叶轮形式离心泵压力脉动和空化特性试验研究

压力脉动和空化特性是影响离心泵稳定运行的两个重要因素。针对国内某大型调水工程的立式带导叶离心泵,在保证蜗壳、导叶和叶轮出口直径等设计参数一致的情况下,设计了两种不同形式的模型叶轮,并进行了模型泵的同台试验。两个叶轮的比转速都为106.43,叶片数分别为7和9,叶轮流道、叶型也不相同,其中,对9叶片叶轮叶片进口边进行了"C形"修型。结果表明,两种叶轮形式离心泵内部压力脉动的频率成分及其分布特性类似,总体上都为叶片通过频率及其谐频,且该频率的压力脉动能通过叶轮流道逆水流方向向进口端传播。叶轮形式对压力脉动幅值的影响比较显著,相比7叶片叶轮,9叶片叶轮的压力脉动幅值降低了10%以上。同时,对叶片进口边修型后,初生空化得到有效延迟,设计流量点附近的临界空化余量下降约10%。适当提高叶片数与叶片进口边修型可显著提高离心泵空化性能。     

基于流固耦合及Kriging模型的离心泵叶轮优化

为提高离心泵叶轮的水力效率及结构性能,提出了流固耦合仿真技术与代理模型相结合的优化设计方法。通过均匀试验设计与CFD/CSD单向耦合仿真获得了样本数据,进而运用Kriging方法,分别建立离心泵叶轮效率、离心泵叶轮最大变形、离心泵叶轮最大应力与影响因素之间的代理模型。在此基础上,采用SQP算法求解以水力效率最大为目标函数,且考虑了离心泵叶轮的强度和刚度约束的优化模型。将该方法用于某离心泵叶轮的优化设计,结果表明取得了很好的效果。     

离心泵输送粘油时叶轮内部流动模型

利用二维激光测速测量了离心泵输送粘油时最优和小流量工况下大出口角小包角叶轮内部流动。试验表明，在叶片吸力面存在已经分离的尾流，压力面不存在射流，叶轮内部流动与射流／尾流模型不符，尾流宽度与工况有关。     

基于CFD的多级离心泵吸水室优化研究

为分析吸入段90°转角产生的水流偏向对多级离心泵性能的影响,将多级离心泵首级单独取出并配以导叶和进出水段,完成了三维实体建模及网格剖分,基于大型SST剪切应力模型和N-S方程进行了数值模拟计算。仿真结果表明,叶轮进口水流偏向一侧,叶轮各通道的压力分布存在不均匀的情况。在计算结果基础上,对吸水室进行了型线调整,压缩了回流区域,使进水变得较为均匀。优化后,在1.1Q_d,1.0 Q_d和0.6 Q_d工况下,效率分别提高了1.4%,1.1%和2.6%。所研究的优化方法可为多级离心泵的优化提供一种新的思路。     

离心叶轮的叶片数效应研究

叶轮叶片数是离心叶轮的一个重要结构参数,对叶轮外特性与内流场特征都有着直接的影响。利用计算流体动力学软件,生成了叶片数分别为5和6的2个叶轮,然后在相同工况下,计算了这2个叶轮的内外力学性能;通过对2个叶轮的流量-扬程、流量-效率曲线及叶轮内压力、相对速度进行比较,分析了不同叶片数对叶轮性能产生的影响及其成因。比较分析结果有助于设计人员深入了解不同叶片数叶轮的不同流动机理,并可为他们在设计实践中正确选用叶片数提供参考。     

基于反问题设计的离心泵叶轮泥沙磨损特性优化研究

离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法,但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响尚不清楚。针对叶片载荷加载方式对离心泵叶轮泥沙磨损特性影响的问题,采用固液两相流数值计算的方法,研究了前盖板前加载后盖板后加载、前后盖板均偏中加载以及前后盖板均偏后加载3种不同叶片载荷加载方式对离心泵水力性能、叶轮磨损特性和固液两相流流场特性的影响。结果表明：相比于其它方案,前后盖板均偏中加载方案得到的离心泵具有较优的水力性能。在各工况下,相比于原叶轮,前后盖板均偏中加载方案的叶片最大磨损率减小25%~73%,小流量工况下可减小73%,大流量工况下可减小25%,明显提高了叶片的磨损性能。相比于原叶轮,3种优化方案在前盖板背面流线上的压力分布更均匀光顺;在小流量工况下,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小,各种方案得到的叶片表面的速度分布基本相同;在额定流量工况下,原叶轮的叶片表面体积分数较小,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固相速度大的区域相对较小,固相速度也有所减小。因此,前后盖板均偏中加载方案具有较优的水力性能和磨损特性,可为离心泵叶轮磨损特性的优化提供参考。