离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k – e 两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场,并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上,提出设计上的一些改进措施,为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。     

双流道泵内部流动非定常数值的研究

在不同工况下,采用滑移网格技术对双流道泵进行了非定常流动数值计算,着重分析了叶轮内不同点的压力波动情况。计算表明,双流道泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;从叶轮的进口到出口,压力逐渐增加;不同工况条件下叶轮的压力变化明显,其中小流量条件压力波动最大;叶轮流道内部不同点的压力随时间呈周期性变化规律。该计算为进一步研究双流道泵的水力设计、性能预测、优化设计提供了一定的理论依据。     

挖泥泵数值仿真与实测比较

通过求解包括进水管、叶轮、泵体等过流部件在内的水泵流道内的三维稳定雷诺平均Navier-Stokes方程,获得水泵内部的流场分布特征。对计算结果与实测结果进行了对比。表明计算所得流量-扬程曲线与实测值吻合良好;流量．效率曲线在小流量相差较大,在大流量吻合得较好。虽然在部分运行工况模拟计算不是很准确,但计算的各工况压力、速度分布以及整个流道的其它流动特性,对分析挖泥泵的各种流动问题很有帮助。     

低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。     

离心油泵的CFD数值模拟

利用数值流体动力学CFD(computational fluid dynamics)商业软件Fluent对高速离心油泵叶轮内部的定常三维湍流进行了全流道数值模拟,以研究其内部流动规律。数值计算基于Reynolds时均N-S方程,采用了标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法。由于计算域由转动的叶轮和固定的蜗壳组成,使用了多重参考坐标系(MRF)把旋转区域和静止区域分开。计算得到了叶片吸力面和压力面等值线图、叶轮全流道截面(z=0)压力分布云图、叶轮全流道截面(z=0)相对速度矢量图;并对叶轮小流量工况和大流量工况进行计算。根据计算的数据对泵的外特性进行预估,给出了泵的扬程流量特性曲线、功率流量特性曲线。计算结果有助于深入了解叶轮的内部流动机理,指导叶轮的水力设计。     

双流道泵内部流场数值模拟及性能预测

运用标准κ-ε湍流模式，在双参考系下利用有限控制体积法对臂诺平均Navier—Stokes方程进行数值离散，采用Simple方法求解，对一台双流道泵在不同工况下的内部流动进行了三维数值模拟。根据数值计算的结果分析了泵叶轮和蜗壳内的速度分布和压力分布，并将泵的扬程和效率的计算值与试验值进行了比较．获得了满意的结果。     

旋流泵内盐析两相流场的计算及试验研究

为研究流体机械内部伴有盐析的液固两相流动情况,自行设计了旋流式模型泵,采用双流体模型计算了该泵在最优工况下的氯化钠盐析两相流场,并采用先进的激光相位多普勒粒子测速仪测量了泵无叶腔及叶轮内部盐析两相流的三维速度场。将试验结果与计算结果进行对比,验证了计算模型的适用性,并给出了误差分析。通过对试验测得的周向、轴向、径向速度及其对应的脉动速度分布曲线讨论,初步揭示了该型泵内盐析两相流动特征。在整个流道内,盐析晶体颗粒大部分集中于无叶腔,且分布较均匀;进入叶轮后向叶片工作面靠拢;颗粒浓度最低处是在叶轮进口叶片背面靠近叶轮后盖板附近;液固两相在叶轮与无叶腔中的周向速度分布差异明显;两相间速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著。     

低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计系统

提出基于Navier-Stokes方程和Spalart-allmaras湍流模型流动分析的低比转速开式叶轮高速离心泵优化设计系统,该系统由四个部分组成:基本参数的优化设计、性能预测、流动分析和信息反馈。根据提出的方法,对一台开式叶轮高速离心泵进行实例设计和实验研究,取得了较好的性指指标:泵的扬程流量H-qv特性线几乎是一条直线,扬程系数达到了0．7以上;汽蚀性能也满足要求;叶轮内部压力和速度分布合理,表明采用加大流量设计方法能设计出性能优异的低比转速开式叶轮高速离心泵,此设计方法是合理可行的,对开式叶轮高速离心泵的设计具有指导意义。     

双吸双流道泵流动特性研究

为探讨双吸双流道泵的内部流动规律,本文基于CFD性能预测方法,计算泵在不同时刻和不同工况下的速度-压力分布,探讨其蜗壳喉部的速度分布和蜗壳内部的压力脉动。研究结果表明:叶轮进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,在流道的工作面上存在脱流和旋涡。叶轮流道旋转至隔舌左侧靠近蜗壳出口时,叶轮流道以及蜗壳喉部的速度-压力分布均匀。各监测点为低频振动。此项研究可为进一步优化此类泵提供一定的参考。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

轴承腔油气两相泡状流动的数值研究

航空发动机轴承腔过热或着火等现象与腔内油气两相泡状流动有关,需要通过数值计算研究两相泡状流动特性,从而为轴承腔润滑设计提供参考依据。针对上述问题,以某型航空发动机轴承腔为对象,建立轴承腔润滑油气液两相泡状流动模型,借助该模型研究润滑油介质运动状态。在建立模型方程时,考虑气泡直径尺寸大小和破裂聚合的影响,引入气泡种群方程和破裂聚合模型,并基于两流体模型和 两方程湍流模型,建立轴承腔内润滑油两相泡状流动计算模型。通过数值计算,模拟出轴承腔内润滑介质流场,最后利用国外文献的试验数据对理论分析进行了验证。研究表明,轴承腔润滑介质中气泡直径尺寸分布状态以及与转速的关系,揭示空泡率、转子转速和润滑介质进口速度等工况条件对轴承腔润滑油性能的影响。与国外试验数据的对比证明了该理论分析方法在航空发动机轴承腔润滑系统设计的可靠性和可行性。     

轴向柱塞泵流体噪声的研究现状

压力冲击和流量脉动是柱塞泵流体噪声研究的两个关键内容,通过对国内外学者在该领域的研究情况进行总结归纳,发现该领域的研究主要围绕着实现对柱塞腔压力特性的数学建模和优化以及柱塞腔压力冲击和泵出口流量脉动的试验测试方法展开,分析他们各自的研究方法以及研究中存在的优势和不足。对柱塞腔压力特性进行数学建模分析,对几条主要影响因素包括：油液可压缩性、节流效应、柱塞的运动特性、间隙泄漏、油液惯性以及含气量对弹性模量影响等进行理论分析,并提出动态模型的建模思路。此外,对流量脉动的测试原理进行数学分析;对现有的七种典型的流量脉动测试方法进行归纳整理,对相应的试验台结构特点如管道、传感器安装位置、传感器性能要求、加载装置、信号采集和分析系统等特点进行说明;对今后流体噪声的研究方向和发展趋势做出预测。     

电静压系统用内啮合齿轮泵流量脉动特性

直线共轭内啮合齿轮泵工作噪声低且流量平稳,但关于其流量脉动的机理尤其是相关试验的研究较少。通过理论计算的方法,推导了直线共轭内啮合齿轮泵的瞬时流量计算公式、流量脉动率公式和困油腔的相对容积变化公式。利用三维流体动力学有限元仿真分析方法研究了困油腔的压力波动特性和泵出口的流量脉动特性。按照国际标准ISO 10767-1-2015规定的试验方法进行了泵出口流量脉动试验,试验测试某型排量10 mL/r的直线共轭内啮合齿轮泵在转速750 r/min和出口压力7.5 MPa的情况下,流量脉动率约为6.35%,流量脉动较小。     

气囊式蓄能器吸收脉动的动态特性分析

针对气囊式蓄能器吸收脉动的基础理论建模不足问题，将蓄能器进行力学模型简化，借鉴经典的质量-弹簧-阻尼系统模型，利用由参数增量表达的传递函数及流量方程，建立蓄能器气腔、液腔、进油阀及整体数学模型。在此基础上，通过编程仿真并深入分析气液腔的压力与体积对阶跃和正弦信号的动态响应特性，同时给出初始容积与预充气压力对蓄能器的影响规律。最终，为了验证蓄能器消除柱塞泵出口高压油液脉动效果，将蓄能器与柱塞泵的联合仿真结果与试验数据进行对比，两者结果基本一致，验证了模型的正确性，为蓄能器数学建模提供理论支撑。     

多柱塞阀配流往复式容积泵流量调节策略研究

为实现多柱塞阀配流往复式容积泵的流量调节,提出一种基于进液阀在排液行程内延迟关闭原理的流量调节策略。在未考虑柱塞副泄漏效应及配流阀启闭滞后效应前提下,首先借助柱塞运动规律得到了单柱塞腔无量纲化流量方程,并以此为基础建立了单柱塞腔无量纲化瞬时排出流量与排液阀滞后开启时长间的函数关系;之后,借助多柱塞泵的各个柱塞具有相同曲轴安装角度差的结构特点,得出了三柱塞泵整泵无量纲化流量与各自排液阀滞后开启时长间的函数关系;最后,基于功率平衡原理建立了流量调节策略。该策略的核心内容是以负载压力和电机功率计算得出负载所需流量,然后再解算出排液阀所需滞后开启时长及所对应的曲轴转角。以BRW125/31.5C型三柱塞乳化液泵为原型,基于AMESim软件创建了流量调节仿真模型,仿真结果表明：随着负载压力升高,负载液压缸输入流量逐渐降低;在达到压力调节阈值后,乳化液泵需0.25 s 完成流量调节过程。可为乳化液泵的负载敏感化改进设计及面向液压支架动作过程的稳压供液技术研究提供有益借鉴。     

Theoretical analysis and experimental verification on valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segment bluff-body

Existing researches on no-moving part valves in valve-less piezoelectric pumps mainly concentrate on pipeline valves and chamber bottom valves, which leads to the complex structure and manufacturing process of pump channel and chamber bottom. Furthermore, position fixed valves with respect to the inlet and outlet also makes the adjustability and controllability of flow rate worse. In order to overcome these shortcomings, this paper puts forward a novel implantable structure of valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segments in the pump chamber. Based on the theory of flow around bluff-body, the flow resistance on the spherical and round surface of hemisphere-segment is different when fluid flows through, and the macroscopic flow resistance differences thus formed are also different. A novel valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segment bluff-body （HSBB） is presented and designed. HSBB is the no-moving part valve. By the method of volume and momentum comparison, the stress on the bluff-body in the pump chamber is analyzed. The essential reason of unidirectional fluid pumping is expounded, and the flow rate formula is obtained. To verify the theory, a prototype is produced. By using the prototype, experimental research on the relationship between flow rate, pressure difference, voltage, and frequency has been carried out, which proves the correctness of the above theory. This prototype has six hemisphere-segments in the chamber filled with water, and the effective diameter of the piezoelectric bimorph is 30mm. The experiment result shows that the flow rate can reach 0.50 mL/s at the frequency of 6 Hz and the voltage of 110 V. Besides, the pressure difference can reach 26.2 mm H20 at the frequency of 6 Hz and the voltage of 160 V. This research proposes a valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segment bluff-body, and its validity and feasibility is verified through theoretical analysis and experiment.     

低速大排量风能吸功泵流量特性研究

针对大功率液压型风力发电液压系统的需要,设计一种利用双圆柱凸轮驱动多排液压缸、换向阀配流的低速大排量风能吸功泵,并对所设计的风能吸功泵流量特性进行理论分析和仿真研究.提出在换向阀阀芯处增加节流槽,减小配油过程的压力冲击.根据换向阀的工作特点,建立了单腔室流量特性数学模型,得出在低转速工况下影响风能吸功泵内泄漏的主要因素...     

循环泵内部流场数值模拟及研究

从流体动力学理论基础出发,对循环泵的运用和性能进行分析,利用软件UG和Gambit对循环泵全流道进行了三维建模和网格划分,并利用FLUENT软件对循环泵的吸入室、叶轮及压出室进行了模拟流动计算与分析,得到模拟分析的叶片、叶轮及泵体的速度分布图、压力分布图和绕流图。这种CFD技术在泵水力设计中的应用可以比较准确地了解泵叶轮及通流部件内部的水流运动规律,依据三维紊流场的预测结果调整叶轮内的相关的几何参数,可以保证叶轮内良好的流态,提高叶轮在全运行区域内的性能。     

乳化液泵配流机理的理论研究与试验分析

利用流体可压缩性、流量连续方程及阀口流量公式建立了单柱塞腔流动特性方程；在考虑了重力、弹簧力、压差力、接触力及液动力基础上，建立了配流阀动力学模型；以排液歧管过流孔道为控制体积，建立了包含3个柱塞腔、蓄能器及负载的整泵流动特性方程。用AMESim软件创建了具有3柱塞结构的BRW125/31.5C型乳化液泵模型，将不同曲轴转速下的配流阀阀芯位移及泵出口压力的仿真值与试验值对比，验证了理论分析与仿真模型的正确性。结果表明：当该型号泵驱动电机输入频率分别为50， 40， 30 Hz时，上流量脉动率分别为1.25%，1.19%，1.37%，而下流量脉动率分别为1.76%，1.73%，176%；柱塞腔内流场在从低压向高压转换时存在压力冲击；在吸、排液行程转换阶段，存在流量倒灌现象。     

Analysis and modeling of a two-phase jet pump of a thermal management system for aerospace applications

Jet pumps are devices capable of pumping fluids to a higher pressure by inducing the motion of a secondary fluid employing a high-speed primary fluid. The main components of a jet pump are a primary nozzle, secondary fluid injectors, a mixing chamber, a throat, and a diffuser. The work described in this paper models the flow of a two-phase primary fluid inducing a secondary liquid (saturated or subcooled) injected into the jet pump mixing chamber. The model is capable of accounting for phase transformations due to compression, expansion, and mixing. The model is also capable of incorporating the effects of the temperature and pressure dependency in the analysis. The approach adopted utilizes an isentropic constant-pressure mixing in the mixing chamber and at times employs iterative techniques to determine the flow conditions in the different parts of the jet pump.