诱导轮叶片后倾角对高速泵空化性能及诱导轮内部能量转换的影响

为研究高速变螺距诱导轮叶片截面在子午面的后倾角变化对高速离心泵空化性能及内部能量转换的影响,采用数值计算与试验相结合的方法,在叶片截面子午面内的几何形状参数不变的情况下,通过改变高速诱导轮叶片截面在子午面内的后倾角度,设计4组诱导轮方案.通过数值计算与试验结果分析对比发现:当诱导轮叶片截面在子午面内的后倾角在一定范围内...     

高速诱导轮内部流场的数值计算

基于S-A湍流模型和N-S方程,采用Fluent软件对高速等螺距诱导轮内部流场进行全三维湍流数值模拟,获得诱导轮内部的静压分布、速度分布及内部流线图.分析诱导轮压力面和吸力面存在压差的原因及进口低压区对诱导轮汽蚀性能的影响,得到高速诱导轮内部流场的主要特征,发现诱导轮中最易发生汽蚀的部位为吸力面的进口附近.模拟结果为诱导轮的改进设计提供了理论依据.     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

非设计工况下叶轮进口附近的流动及其控制

对叶轮进口附近流动在偏离设计工况下的回流和汽蚀(空化)两大特性进行了系统的描述，阐述了它们的诱发机理及其对泵性能的影响．根据回流的诱发机理对诱导轮的作用进行了全面的分析，提出了控制回流发生的有效方法，从叶片进口流动这一角度完善了离心泵叶片设计理论．     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,并根据模拟结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

梢涡空化CFD数值方法

针对梢涡空化问题,应用雷诺平均的N-S方程并结合改进VOF(volume fraction)模型,对椭圆形水翼梢涡空化特性进行了研究,采用的湍流模型为代数雷诺应力模型.为减小网格离散误差,计算中对梢涡处的网格进行了加密.对未发生空化时梢涡内轴向速度和切向速度分布进行计算,为了准确模拟梢涡涡核内系统旋转和流线曲率影响,将...     

遗传算法在离心泵叶轮设计中的应用

基于对旋转机械叶片参数化描述、叶栅流道网格参数化生成、流场数值模拟方法以及寻优算法的全局搜索性能四方面的研究,利用Blade Gen旋转机械叶片专业设计软件,对离心泵叶轮的叶型骨线、子午流面进行了参数化描述,并在Blade Gen中生成离心泵叶轮模型.利用Turbo Grid的高质量旋转机械六面体网格生成算法,对离心泵叶轮叶栅流道的网格进行拓扑计算及参数化控制,增大了后续流场分析的稳定性以及收敛速度.利用CFX的session文件,实现对CFX的后台参数化调用,建立了CFX环境下的完全自动化仿真分析过程.以Matlab为主控程序的方式,高效地整合了Blade Gen、Turbo Grid、CFX软件,建立了可扩展性好、鲁棒性强的离心泵叶片优化系统.     

进口肋条对离心泵定常流动影响的数值研究

为研究进口肋条对离心泵内部定常流动特性的影响,采用Fluent软件三维雷诺平均Navier-Stokes方程和k-epsilon湍流模型,对进口肋条对离心泵内部流动影响进行了定常数值模拟。对比分析了有、无进口肋条情况下不同流量点离心泵叶轮进口和叶轮中截面内部流场分布,揭示了肋条对离心泵的内部流动及水力特性的影响。数值模拟结果表明:进口肋条的加装对小流量点下离心泵内部流场的流动状态有明显的改善,提高了小流量工况下离心泵的扬程,拓宽了离心泵的高效运行区。     

混流式水轮机空化流动特性分析

采用混合物空化模型对混流式水轮机的内部流场进行了数值计算,得到了大流量工况、最优流量工况、小流量工况水轮机的内部流动特性。计算结果表明：在大流量工况和小流量工况下,尾水管中心截面的低压区与涡带是相对应的,压力脉动的幅值主要受尾水管涡带直径两端压力差的影响,其尾水管进口段左右两侧以及弯肘段附近均有较大的漩涡区域,造成较大的能量耗散,尾水管内有明显的回流现象,水轮机内部流动比较紊乱。     

离心泵部分负载下进口二次回流成因分析及验证

为探讨离心叶轮在部分负载下进口回流的成因以及其对离心泵运行的影响,应用理论分析与实验方法对强制涡压力分布特点、叶轮入口二次回流产生的原因进行分析,采用数值模拟方案对一比转速为66的泵进行数值计算,探讨在不同流量下叶轮进口速度与压力分布规律,对比叶片进口切割前后的泵外特性,分析入口回流对泵外特性的影响。结果表明:强制涡中压力随着半径增大按抛物线规律上升;二次回流产生的原因在于部分工况下旋转叶轮形成叶轮入口黏性流体的强制涡产生不同半径上的压力差,回流对消除流量扬程曲线的驼峰有积极作用。本文对离心泵部分负载下进口回流成因的探讨以及深入认识离心泵流动原理提供了一定的参考。     

Anti-cavitation performance of a splitter-bladed inducer under different flow rates and different inlet pressures

The anti-cavitation performance of a high-speed centrifugal pump with a splitter-bladed inducer is investigated under different flow rates and different inlet pressures. Simulations and external characteristics experiments are carried out. Static pressure and the vapor volume fraction distributions on the inducer and the impeller of the pump under various operation conditions are obtained. The results show that the cavitation developments on the impeller and on the inducer with the flow rates are reverse, while the development of the inlet pressure on the inducer and the impeller is the same. Cavitation on the impeller increases with the increase of flow rates, and it extends to the near passages with rotating, while cavitation on the inducer is more complex than that on the impeller. Cavitation at the inlet of the inducer decreases with the increase of flow rates, while cavitation at the outlet of the inducer is opposite. The results also show that cavitation development on the impeller and on the inducer with the inlet pressure is the same. Cavitation both decreases with the increase of the inlet pressure at the same flow rate. Furthermore, asymmetric cavitation on the impeller and on the inducer is both observed. And the asymmetric degree of cavitation on the impeller is higher than that on the inducer.     

诱导轮在轴流泵汽蚀防治中的应用

将诱导轮离心泵的工作原理引入高比转数的大型立式轴流泵中，用以防治轴流泵汽蚀．说明了采用诱导轮的依据，重点分析了轴流泵诱导轮的结构以及轴流泵带诱导轮后对泵的汽蚀和能量特性的影响．     

基于非定常空化流动的离心泵涡旋结构数值分析

To elucidate the formation mechanism of the vortex structure in cavitation flow, the unsteady cavitation flow field of the centrifugal pump was investigated by simulation. The two-dimensional vortex structure on the mid-section was examined based on the method with velocity components. The vorticity on the blade surface and the evolution of the periodicity was compared. In addition to investigate the three-dimensional vortex structure in the impeller passage, the new Omega vortex identification method was also utilized. The results show that: as the NPSHa decreases, the cavity coverage area grows progressively, and the local vortices emerge and the flow in the pump becomes disordered. Due to the effect of cavitation flow field, the vortex structure is mostly formed and evolved on the blade suction surface. During the critical cavitation, the vortex is also detached the blade surface as the cavity rolls up. At the effect of rotor-stator interaction, the blade trailing vortex sheds and attaches to the volute wall at the front end of the tongue. According to the Omega method, the structure of the three-dimensional vortex within the cavity is stable. At the critical cavitation condition, the structure of the three-dimensional vortex downstream of the impeller passage is fragmented and disordered.     

基于DDES的离心泵蜗壳内部涡动力学研究

为研究离心泵蜗壳内部涡结构、涡演化的过程,基于DDES湍流模型和涡动力学的涡量对离心泵多工况下的旋涡运动进行非定常数值模拟。研究表明:对比外特性数值预测和试验数据,两者差值在允许的范围内,表明延迟分离涡方法的可靠性;对比涡量云图,DDES湍流模型较RNGk-ε湍流模型能清晰地看到由大旋涡破裂而成的小旋涡,能更好地模拟精细流场结构;蜗壳内的旋涡主要集中在进口和隔舌附近,旋涡随着流体一起运动,在运动的过程中,大旋涡破裂为许多小旋涡,同时涡量逐渐减小;随着流量的增加,流道内旋涡的分布范围逐渐减少,同时涡量也逐渐减小;在蜗壳第三断面处,沿径向取3个压力脉动监测点,发现随着直径的增大,压力脉动幅度逐渐减弱,同时隔舌位置的压力脉动远大于蜗壳其他位置。     

旋流泵变转速性能及无叶腔流场实验研究

为研究旋流泵变转速相似定律换算、内部流场变化和外特性与内部流动的关联,研制32WB8 12型旋流泵试验样机.通过型式及变转速外特性试验,得出泵扬程、功率、效率和临界汽蚀余量曲线变化规律;用5孔球形探针对无叶腔流场进行测量,得到变转速流场5个测点静压、绝对速度、圆周速度、径向速度和轴向速度变化规律,证明轴向旋涡运动为主流,存在回流运动;通过对实验数据进行分析,解释了外特性参数与内部流动参数之间的联系和变化规律,阐明旋流泵抽吸及扬程形成原理;验证流量、扬程和轴功率满足相似理论比例定律,汽蚀余量不满足汽蚀相似定律,且其曲线呈与离心泵等相反的趋势.     

旋流泵反转透平水力和汽蚀性能的CFD预测

旋流泵有无堵塞以及它的耐磨损性能,使其具有作为透平应用于多杂物多泥沙河流发电和工业固液两相流程余能回收的可能性,但该方面的研究目前还是空白。本文采用CFD方法计算比转速为76的旋流泵反转作为透平时的单相和空化紊流流动,在泵工况下将水力和汽蚀性能计算结果与试验值进行对比。结果表明:旋流泵可以作为透平产生动力,但透平最优工况与泵最优工况相距较远,汽蚀性能也差很多;尾水管存在与叶轮同向旋转的涡流,其中心存在空腔涡带。汽蚀性能的改善和空腔涡带的控制可能是未来要解决的关键问题。     

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.     

自吸旋涡泵的试验研究

在25WZ1-12型样泵型式试验基础上,得出旋涡泵外特性曲线。利用计算流体动力学（CFD）原理,基于雷诺时均方程和k-ω双方程湍流模型,获取自吸旋涡泵内部流场数值模拟分布状况。通过对比分析数值模拟和试验结果,阐明旋涡泵抽吸及扬程形成原理、汽蚀性能特点和自吸过程。