不同叶片加厚方式对混输泵性能的影响

螺旋轴流式油气混输泵可以同时输送含有气相和液相的介质,并且对输送介质中的固体颗粒不敏感。混输泵叶片的加厚方式影响着叶片的结构,从而影响其输送性能。为了研究不同叶片加厚方式对螺旋轴流式油气混输泵性能的影响,自主设计了1套混输泵压缩单元,包括进水段、叶轮、导叶及出水段,其叶轮作为方案1;然后采用不同的叶片加厚方式设计了1组叶轮作为方案2,利用Fluent软件对不同叶轮方案的混输泵进行了数值模拟。结果表明,方案2叶轮混输泵的外特性均高于方案1;叶轮流道内气相聚集在靠近轮毂侧的叶片背面出口处,且方案2叶轮的气液混输性能比方案1好。     

气相压缩性对气液混输泵设计工况点性能的影响

为研究气相压缩性对气液混输泵性能的影响规律，以螺旋轴流式气液混输泵为研究对象，采用欧拉-欧拉双流体模型，在20%～80%进口含气率范围内对混输泵设计工况点进行数值计算，分析气相压缩性对混输泵外特性曲线和内流场的影响。研究表明，在高含气率下气相可压缩性对混输泵的外特性预测结果影响明显增大；考虑气相压缩性后，混输泵叶轮单个流道内最先出现气堵问题，并且气相压缩性明显影响叶轮叶片上压力载荷分布以及叶轮内的气液两相的相间速度差分布。     

固相浓度对深海采矿矿浆泵空化性能影响规律

为分析固相浓度对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,通过空化核子理论、质能方程建立气相和液相、固相和液相之间的联系,探求气固两相之间的理论关系,进行固相参数对深海采矿矿浆泵空化性能影响分析,并采用mixture多相流模型,RNG k-ε湍流模型,Schnerr and Sauer空化模型,在fluent软件中对矿浆泵进行稳态空化仿真。比较不同颗粒浓度对矿浆泵流场压力分布、气相分布及工作性能的影响,为矿浆泵空化特性提供依据。研究结果表明:空化发生时的临界气泡半径与固相浓度及其流量可通过液体压强建立联系,固相颗粒浓度越大、固相流量越大,空化将提前发生,抗空化性能将下降;随着固相浓度的增加,在矿浆泵首级叶轮叶片背面入口处压力降幅增大,气相体积分数增大,泵扬程减小,汽蚀余量减小。     

混合式油气混输泵内部流动分析

为分析混合式油气混输泵内部流动情况、探索混合式叶轮结构对混输泵性能的影响，该文基于Pro/E及Fluent等软件，对混合式油气混输泵建立全三维流场。并采用Mixture多相流模型、 Standard k-epsilon湍流模型以及基于Pressure-Velocity耦合计算的Simple C算法。以理想状态的水和空气作为多相介质，通过改变含气率(GVF)等工况，分析了混合式油气混输泵的内部流动情况，以及不同外径的混流式叶轮对油气混输泵外特性的影响。结果表明：混合式油气混输泵相较于原型泵的扬程和效率得到提高，混流式叶轮内的气液分布较为均匀，随着混流式叶轮外径的增大，扬程提高越明显；在相同混流式叶轮外径下，随含气率提高，扬程逐渐下降，叶轮出口边出现气液分离，但流道内湍动能基本不发生变化。     

导叶叶片数对轴流式油气混输泵内部非定常流场的影响

为了阐明导叶叶片数对轴流式油气混输泵内部非定常流场的影响,基于Mixture模型的两相流理论,湍流模型采用SST模型,以自主研制的YQH-100油气混输泵为研究对象,对油气混输泵不同导叶叶片数及不同含气率时的内部非定常流场进行了数值计算。结果表明:随着导叶叶片数的增加,油气混输泵的扬程下降趋势逐渐变缓,其最大差值为7.9%;油气混输泵的效率在含气率为0时先升高后降低,在含气率为0.5时逐渐升高,其最大差值为3.7%。对监测点压力脉动的变化分析表明,含气率为0.5时,监测点压力脉动的幅值更大。随着导叶叶片数的增加,导叶流道内压力脉动的变化更明显,压力脉动幅值的衰减变缓,叶频压力脉动的幅值逐渐减小。研究结果为导叶叶片数为9时,油气混输泵内非定常流动特性更好,由二级叶轮气相分布也能反映出混输泵的运行更稳定。     

颗粒性质对叶片圆盘泵叶轮内颗粒分布的影响

为研究颗粒性质对颗粒在叶片圆盘泵叶轮内分布规律的影响,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟流体在叶片区和无叶区内的流动。采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟。对不同直径、不同浓度及不同密度颗粒在叶轮叶片区和无叶区的分布及颗粒在叶轮表面分布规律进行分析。结果表明:颗粒密度和颗粒直径对颗粒分布影响较大,颗粒密度、粒径越大,颗粒越难被液相带动加速而处在液相相对速度较慢的无叶区,随着颗粒密度、粒径的增大,叶轮表面颗粒浓度分布变化趋缓;颗粒浓度对颗粒在无叶区和叶片区分布影响较小;叶片表面颗粒浓度大于轮盘表面颗粒浓度,从动轮上轮盘表面和叶片表面颗粒浓度要小于相应主动轮表面颗粒浓度。     

固相粒径对深海采矿矿浆泵空化特性影响的规律

针对深海采矿矿浆泵空化现象,研究固相粒径对其空化特性的影响。根据空化核子理论、质能方程建立气液两相之间的质量转换方程,运用Fluent软件和Singhal et al的空化模型对在不同固相颗粒粒径工况下的深海采矿矿浆泵进行稳态全流道空化仿真研究。分析叶轮叶片背面压力和气相体积分布规律,对不同区间气相体积分数进行统计,计算出不同颗粒粒径下泵的空化余量和扬程。研究结果表明:随着固相颗粒的增大,叶轮叶片背面入口处的低压区面积逐渐扩展,泵的空化现象趋于严重,扬程下降。当粒径为25 mm时空化余量陡降至最低1.11m,空泡分布广泛,部分区域体积分数高达0.9;粒径从10 mm到25 mm的过程中扬程下降了8.67 m;继续增大粒径,泵的空化性能有所提升,空化余量稳定在3.5 m,但泵的扬程在空化和颗粒磨损共同作用下继续下降至65.3 m。     

运用正反问题迭代法进行叶片式气液混输泵叶轮的水力设计

基于正反问题迭代,提出了叶片式气液混输泵叶轮水力设计的方法。叶轮叶片的初始几何形状根据给定的速度矩分布规律进行设计,通过叶轮内CFD三维流场分析结果,改进流道参数和速度矩分布规律以优化叶片几何参数和流场分布。外特性试验结果表明,设计叶轮可在较宽的流量范围及含气量范围下工作,最优工况效率可达44．0％,且能在短时间内输送100％的气体而不发生气堵现象,证明了该设计方法的有效性和可靠性。     

新型圆盘泵叶轮设计及其性能预测

针对原有叶片圆盘泵扬程和效率较低的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改型,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵内旋转。利用Eulerian多相流模型、标准κ-ε湍流模型与SIMPLEC算法对改型前、后叶片圆盘泵进行数值模拟,得出改型前、后叶片圆盘泵在清水介质条件下的效率和扬程水力性能曲线,分析不同圆弧过渡角度及轴向伸出长度对泵水力性能影响,对比分析改进前、后叶轮的抗气蚀性能;并得出改进前、后叶片圆盘泵在固液两相流条件下的固相颗粒体积分布云图。结果表明:改型后的叶片圆盘泵模型不仅具有改进前叶片圆盘泵的优点,且效率、扬程及抗气蚀性能均高于改型前叶片圆盘泵。     

双吸双流道泵气固液三相流动特性分析

为探究非对称双吸双流道泵的内部流动规律,基于CFD性能预测方法,采用Mixture多相流模型,充分考虑汽蚀作用,计算双吸双流道泵在气固液三相联合作用下的速度-压力分布规律以及气相与固相的体积分布特点,并且考虑不同的计算方法叶轮中截面的压力分布。计算结果表明:在叶轮的头部区域存在一局部低压漩涡区,在恶劣环境工况,最终演变为汽蚀的发生。固相颗粒主要分布在靠近上下盖板的内表面,气相主要分布在叶片的头部区域。不同的计算方法,压力分布趋势基本相同,若考虑固相颗粒的作用,叶轮出口压力更高,压力梯度更大。若考虑汽蚀的作用,叶片头部的低压区范围更宽广,汽蚀现象更严重,但发生汽蚀的部位不会改变。     

离心泵内磁流变液流动特性的研究

采用Mixture多相流模型和标准的κ-ε模型,使用SMPLEC算法,应用Fluent软件,对磁流变抛光循环系统用离心泵内部水基磁流变液三维流场进行数值模拟,分析不同叶片数对泵内磁流变液流场压力、速度、颗粒体积浓度分布的影响。计算结果表明：随着叶片数目的增加,叶轮出口压力呈现出先增加后减小的趋势;叶片数目对叶轮出口处磁流变液速度大小影响不明显,对叶轮流道内的速度分布及颗粒体积浓度分布影响显著。     

液压油黏度与含气率对涡旋泵性能的影响

基于空化模型和动网格技术,建立了含轴向间隙的涡旋泵流体域模型,对其内部流场进行数值模拟,得到不同转角下涡旋泵工作腔内流体的压力、速度、气相体积分数和流量等参数,分析了不同液压油的温度、种类和气相质量分数等对涡旋泵内的压力脉动和空化的影响。结果表明：液压油中气体质量分数从3e^-5增加到1.2e^-4,导致泵的容积效率下降;液压油从32#到68#,动力黏度增加0.0315 Pa·s,涡旋泵的压力峰值增加11.93 MPa,容积效率增加2.7%;从38℃增加到44℃,液压油动力黏度减少0.011 Pa·s,涡旋泵的压力峰值降低5 MPa,容积效率下降1.1%。     

介质黏度对旋涡泵内流场及外特性的影响机理分析

为分析介质黏度对旋涡泵不同工况下的内流场及外特性的影响，由数值模拟方法分别对不同介质黏度和不同流量工况下的旋涡泵内流场结构及其外特性进行对比分析。分析结果表明：叶轮及侧流道内流动沿叶轮旋转方向从泵的进口至出口逐渐趋于稳定，各纵向截面上存在明显的纵向旋涡和径向旋涡，随着流量的增大，叶轮及侧流道内的纵向旋涡及径向旋涡强度逐渐减弱，叶轮做功能力逐渐降低，泵的扬程逐渐下降，叶轮内湍动能耗散及叶轮内的涡量分布均随着流量的增大而减小。随着介质黏度的增大，各纵向截面上的纵向旋涡和径向旋涡强度均逐渐减弱，旋涡泵内湍动能耗散随粘性的变化更为显著，其随着介质黏度的增加而显著增大。在各流量工况下，旋涡泵的扬程及效率均随着介质黏度的增加呈下降趋势；在小流量时，扬程及效率随黏度的增大而下降的趋势较为平缓，但在大流量工况时，扬程及效率随着黏度的增大而急剧下降。     

液力偶合器气液界面追踪数值模拟

部分充液下液力偶合器内部介质运动为离心力场作用下的复杂两相流动,而液相分布形态对涡轮输出特性有着直接影响。为掌握偶合器内液相分布规律,将工作腔内介质运动视为分层流动,采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)两相流模型,追踪562型标准桃形腔偶合器内不同工况下的气—液分界面。建立三维周期性流道模型,采用Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of operators,PISO)压力耦合算法,并用内部面模拟泵、涡轮间的交互作用,转速比i=1.0和i=0.6时的叶片表面液相分布与文献中试验结果具有高度相似性。仿真结果表明,随泵涡轮间转差增大,气液分界面倾斜加剧,直至形成大的环流,而泵轮叶片压力面液相分布区域增大,吸力面液相减小;低挡圈(R=155 mm)对环流形态影响较小,主要起到限矩作用,而高挡圈(R=175 mm)可抑制大环流的产生。     

叶片数变化对油气混输泵性能影响的研究

应用油气混输泵作为油气集输的核心部件具有降低井口回压、增加油气产量、降低工程投资及运行费用、方便生产管理等优点.本文运用计算流体动力学(CFD)软件--基于k-ε紊流模型、MIXTURE两相流模型及SIMPLE算法对YQH-100型轴流式油气混输泵在不同含气率下的内部流场进行了三维数值模拟,研究了叶片数变化对轴流泵性能的影响.结果表明:叶片数的变化对油气混输泵的效率影响并不大,适当增加叶片数可以降低叶轮比转速,提高扬程.研究结果对设计人员具有一定参考价值.     

径向间隙及叶片型线对液环泵性能影响的分析

采用欧拉气液两相流动模型对液环真空泵内部三维非稳态气液两相流动进行数值模拟,通过数值模拟研究叶轮与壳体间的径向间隙及叶片型线对液环泵性能的影响,分析了液环泵内液相能量转换的规律,分析了前弯、后弯及直叶片不同叶片型线液环泵性能曲线,分析了叶轮径向间隙对液环泵性能的影响。数值模拟结果表明后弯叶片、径向直叶片和前弯叶片下液环泵的极限真空度和最大流量依次递增;随着叶轮径向间隙的减小,液环泵的极限真空度和最大流量逐渐增大。为液环泵的性能优化研究提供了理论依据。     

离心式污水泵叶轮磨损的数值模拟

针对离心污水泵内固液两相流动比较复杂的情况,用含沙水为工作介质,通过改变沙粒粒径和含沙水颗粒浓度的方法,对小粒径颗粒在离心污水泵内的流动进行了数值模拟。借助弄清内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口初始颗粒浓度对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮吸力面和压力面的分布规律以及固体颗粒沿叶片吸力面和压力面的分布规律,并在此基础上得出了离心污水泵叶轮的磨损特性。     

双螺杆多相混输泵转子变形的理论研究

双螺杆混输泵在输送高含气率介质时,泵内温升对泵内转子间隙造成影响,进而影响泵的容积效率,在极端情况下,甚至会造成转子卡死以及混输泵的损坏。本文建立转子模型对高含气率下双螺杆混输泵转子的热变形和力变形规律进行研究,结果表明转子的热变形是转子变形的主要因素,螺杆转子的变形量会随着介质含气率的增加而增加,当含气率大于90%后,变形量显著增大,当含气率为99%时,径向最大变形量发生在出口端面的齿顶,轴向最大变形量发生在螺杆转子的吸入口侧轴的右端面上。通过分析变形对各间隙的影响后发现,齿根间隙变化最大,其次是齿顶间隙,而齿侧间隙几乎不发生变化。     

含气率对往复式油气混输泵排出性能影响

为了研究含气率对往复式油气混输泵排出性能的影响及转速、含气率、流量的相互关系,基于标准k-ε湍流模型和混合多相流模型,采用计算流体力学软件中的动网格技术和用户自定义函数,在介质含气率不同时对混输泵的排出过程进行三维动态仿真模拟。结果表明:介质增压速度、最大流量、平均流量与含气率成反比。根据转速、含气率、流量关系曲线调节转速,使泵的流量与抽油机流量相匹配,为往复式油气混输泵性能参数的选择及现场应用提供数据参考。     

含气率对主泵水力性能和水力载荷影响的数值分析

通过采用全空化模型及标准κ-ε湍流模型,对入口含气率(气体体积分数)为0.10%～9.70%范围内的主泵运行状态进行数值模拟,分析了主泵水力性能、水力径向力和轴向力以及水力载荷频谱等数据,获得了气体体积分数对主泵水力性能及水力激振载荷影响的特征。结果表明:随着气体体积分数增大,主泵扬程下降,叶轮背面首先发生积气;在不发生空化的前提下,扬程与气体体积分数直接相关,与介质温度和压力无明显关系;施加在泵壳和叶轮的水力载荷力的波动幅值随着气体体积分数的增大而减小。