叶片包角对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片包角β对离心泵空化性能的影响,以100MP200单级单吸离心泵为模型,在保持其他叶轮几何参数不变的情况下,设计了4种不同包角β的叶轮,基于完全空化模型和RNGk—ε湍流模型对离心泵进行数值模拟,分析不同包角下叶轮流道内的空化性能和空泡体积分布规律。结果表明:叶片包角β对离心泵的扬程和效率有明显相关性,在叶片包角β=160°时具有最佳的扬程和效率;最佳包角为β=160°的叶轮具有最佳的抗空化性能,空化区域面积比其他三种包角叶轮有显著的减小。     

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。     

基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化

载荷分布是三元反问题设计中的关键参数,为分析叶片载荷分布规律对离心泵叶轮水力性能和气蚀性能的影响,采用软件CFX对叶轮a、b和c 3种不同叶片载荷方式的离心泵叶轮内流场进行数值模拟。由分析结果可知:不同叶片载荷对离心泵叶轮外特性存在较大影响,外特性性能最好的是叶轮b,但其吸力面进口处静压值最小,外特性性能其次的为叶轮a,其吸力面进口处静压值最大,所以在兼顾离心泵叶轮效率与气蚀性能的条件下,优化出最佳载荷分布方式为叶轮a,即外特性和气蚀性最好,在其最佳载荷的基础上对其载荷分布再次进行优化可知:叶轮a-3的载荷分布水力性能和气蚀性能较好。分析结果为离心泵叶轮三元反设计提供一定参考。     

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。     

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.     

不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险分布研究

探究了不同空化数下E779A螺旋桨叶片表面空蚀风险分布及其影响机制。采用大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法和ZGB(zwart-gerbera-belamri)空化模型对不同空化数下绕E779A螺旋桨的空化流动进行了数值模拟研究,数值计算结果与实验结果吻合良好,预测的非定常空化形态与实验结果基本一致。在此基础上,基于改进的灰度值法开展了不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险研究。结果表明,改进的空蚀风险预报方法可以较好地预报空蚀风险。在其他条件一致的前提下,空化数的降低将使桨叶表面空蚀风险区域的覆盖面积增大,相应的表面空蚀风险强度最大值也将逐渐增加,桨叶表面中高空蚀风险覆盖面积随之增大。     

一体式航空燃油离心泵内流场数值模拟

采用多块拓扑结构和八叉树格式构建的混合网格,通过数值计算对某型诱导轮与叶轮一体式离心泵内流场性能进行了分析研究,仿真结果表明:不同计算工况下仿真数据与试验数据扬程值误差小于1%、效率值误差小于5%,即所使用的数值方法能够准确地模拟该型离心泵性能和内流场。进一步的仿真分析表明:一体式叶轮进口长度较大使得各个流量工况下离心泵叶轮内压力有明显的非对称性;隔舌处叶轮通道内压力变化最为剧烈,且在大流量工况下压力低于其它流量压力;叶片压力侧固定位置处有低速团的产生,叶片背力侧入口附近也容易产生低速流团。     

基于能量梯度方法的叶片数对离心泵稳定性影响研究

为了提高离心泵运行效率和运行稳定性,研究了不同叶片数对离心泵内部流场以及外特性的影响,采用RANS方法和RNGk-ε湍流模型对离心泵的内部流场进行了数值模拟。数值计算结果与实验值对比发现,在设计工况下计算扬程的相对误差为1.0%,效率相对误差为4.9%。在此基础上采用一种用于分析流动稳定性问题的新方法——能量梯方法对流场数据进行处理,获得不同叶片数离心泵内能量梯度K函数的分布。研究结果表明:在大流量工况下,当叶片数为5时,效率最高,稳定工作区域大,综合性能最好;而在小流量工况下,叶片数对离心泵性能的影响不明显;从能量梯度K函数的分布,发现K函数在流道出口吸力面附近较大,这表明流动主要是先从叶轮出口吸力面开始失稳的。     

多级离心泵级间导叶影响的CFD模拟

为了研究多级离心泵内部各级间的相互作用与影响,采用RNGk-ε紊流模型,基于CFD方法借助CFX软件求解雷诺时均N-S方程,对多级离心泵内部流动进行三维流动数值模拟,获得了多级离心泵内部流场,分析了多级离心泵流道内的瞬时流动特性.模拟结果表明:流型的均匀性对离心泵各级效率有明显的影响;首级叶轮室进口断面的流速分布对整体多级泵叶轮径向力的不平衡分布影响甚大,在设计工况下,随着离心泵叶轮级数的增加,叶轮室进口断面旋度增大,多级泵的效率也随之降低,叶片径向力逐渐增大;多级离心泵内各级叶轮进口旋度随流量增大而增大,而叶轮径向不平衡力随流量减小而增大.通过对多级离心泵内部流动特性进行三维数值模拟,掌握多级离心泵内部流动规律,可以为离心泵的水力优化设计等提供理论指导.     

入口导流栅几何参数对高速泵诱导轮空化特性的影响

高速离心泵空化问题机理相对复杂,通常认为诱导轮间隙泄漏涡与回流漩涡是影响高速离心泵空化的主要原因。本文通过在诱导轮入口前增设导流栅来抑制旋转涡,达到提高离心泵空化性能的目的。采用RNG k-ε湍流模型,对带有矩形、椭圆形两种不同形状导流栅的离心泵进行全流场模拟,分析高速离心泵全流场数值计算结果,对比增置导流栅前后离心泵空化特性以及进口段流场。结果表明:带椭圆形导流栅的离心泵临界空化数有所降低,空化性能得到改善;增设导流栅后,诱导轮进口段旋转强度明显减弱,离心泵扬程均有明显提升,其中椭圆形导流栅方案较原方案提高了3%。     

空蚀区空化水流特性的实验研究

实验研究了空蚀区空泡溃灭特性.实验在浙江工业大学水力学实验室空化水洞中进行,采用高速摄影技术观测了不同掺气体积分数下空蚀段的空化云形态,并量测了空化水流的压力.利用绘制的空化数曲线对空泡溃灭进行了分析处理,得到了空化水流在空蚀段沿程变化的特征.结果表明:在不同的掺气体积分数下,对应于各种不同的空化形态,空蚀段空化水流表现出不同的特点;空化数有一个突然上升的过程,在此过程中空泡大量溃灭.     

余热排出泵小破口失水事故空化特性数值分析

为研究小破口失水事故工况下余热排出泵内部空化流动特性,基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型和剪切应力运输SST湍流模型,对余热排出泵高温高压环境下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。根据计算结果获得了余热排出泵小破口严重事故工况下扬程和效率的衰减曲线及空化发生的初始压力,捕捉到泵内空化的发生、发展过程。研究结果表明:当环境压力降低至大约1.15 MPa时,叶片吸力面进水边靠近前盖板处开始出现空泡,随着环境压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大;当压力降低至1.143 MPa时,叶轮内部最大空泡体积分数达到50.17%,严重空化时,叶片工作面会有空泡聚集并造成叶轮流道严重堵塞致使泵扬程急剧下降。通过分析空化发生的状况得出空化发生的初始压力,为余热排出泵的设计提供一定的参考。     

偏置短叶片对低比转速离心泵汽蚀性能影响分析

在优化离心泵内部流动和外部特性的基础上,提高汽蚀性能一直是离心泵结构设计的主要课题.为了比较不同流量下离心泵汽蚀性能的变化,以及加装偏置短叶片对汽蚀性能的影响.采用RNG k-ε湍流模型和Mixture多相流模型对IS50-32-125型离心泵叶轮内部气液两相的分布规律进行分析研究.分析结果表明,离心泵进口流量越大,抗汽蚀性能越差;加装了偏置短叶片的离心泵汽蚀性能显著提高,与原型泵相比在流量为10 m3/h、12 m3/h和14 m3/h时,最大气泡体积分数分别下降了7.3%、5.9%和5.3%.     

不同弹性材料空蚀特性试验

在水利工程的泄水建筑物中,弹性材料作为抗空蚀材料具有极为广阔的应用前景,研究空化泡与不同边界材料的相互作用,探索弹性材料抗空蚀的机理,具有明确的现实意义和理论价值。本文通过开展不同弹性材料超声空蚀实验,以宏观和微观角度观察分析不同弹性材料的空蚀特征,研究材料抗空蚀性能的影响因素。其中,弹性材料主要包括216-1硅胶、216-2硅胶、218-1硅胶、218-2硅胶、聚氨酯、软质聚氯乙烯、硬质聚氯乙烯、酚醛层压板、低密聚乙烯、高密聚乙烯、聚酰胺等材料,对应的拉伸弹性模量范围为1-4660MPa。主要得到以下结论：(1)弹性模量1-11MPa的弹性材料在超声空化作用下没有出现空蚀质量损失,另外弹性材料的表面仅有些细小的纹理变化,没有出现破裂或孔洞,表明在这一弹性模量范围的弹性材料具有较好的抗空蚀特性。(2)随着弹性模量增加,不同弹性材料的空蚀破坏特征有较明显的差别,说明此时材料抗空蚀特性与弹性模量的关联性下降,与材料密度、结构等特征有关：高密度、结构致密的材料空蚀质量损失和表面粗糙度变化很少;密度较低、结构稀疏的材料有明显空蚀质量损失和表面粗糙度增加。另外,材料表面缺陷处更容易发生空蚀破坏。研究结论可为弹性抗空蚀材料的研发和应用提供理论支撑。     

离心泵的空化流数值模拟与空化余量预测

空化余量是泵非常重要的性能指标之一,目前主要依靠试验来确定。如何在离心泵设计过程中较为准确地预测出必须的空化余量对优化设计和提高运行稳定性等方面十分重要。针对离心泵运行过程中发生空化时的流动特点,基于Rayleigh—Plesset方程来描述空泡生长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用混合空化两相流模型和三维全流道两相流流动数值模拟技术,探索通过数值试验来预测空化余量的方法。对一低比转速离心泵进行全流道空化流数值模拟,通过改变NPSHa来模拟试验工况,数值模拟预测出各模拟试验工况下的扬程、叶片表面压力分布、叶片表面空化发生区域以及流道内空泡体积率分布,从而预测该泵的NPSHr,其预测结果与试验值的误差小于10％。     

低比转速复合离心叶轮三维湍流场数值模拟及试验

为研究复合离心叶轮在改善小流量不稳定性方面的工作机理,采用考虑旋转和曲率影响的k-ε湍流模型对4叶片普通离心叶轮流道和24叶片的长中短叶片复合离心叶轮流道的内部湍流进行数值模拟,并与外特性试验结果作分析比较.结果表明:长中短叶片复合离心叶轮可以较好地消除射流-尾迹结构,改善低比转速离心泵小流量工作的不稳定情况;在全流量范围内,复合叶轮低比转速离心泵的效率和扬程都高于普通叶轮低比转速离心泵.文章提出的数值方法能较好地模拟复合离心叶轮内部湍流场的流动情况.     

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．     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。     

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。     

转速对离心泵反转用作透平空化特性的影响

透平运行中产生的空化会影响其能量的转化,因此,使用离心泵反转用作透平,利用数值模拟的方法,对透平分别在5种不同转速下的、不同空化余量的内部流动规律进行了数值模拟,得出了不同转速下透平空化的特性曲线和内部流场特性.通过分析不同转速下的空化规律,得到了透平能量转化的最佳性能临界点,并且建立了转速与透平产生空化的临界空化余量...