基于CFX的混流泵内流场数值模拟

基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,采用流体计算软件ANSYS-CFX计算了额定转速下190～300L/s流量范围内9个工况点的某混流泵内部流动,研究了小流量工况、最优工况和大流量工况等工况下叶片压力面、吸力面的静压分布及各断面翼型附近的相对流速分布;通过分析混流泵内部流动速度和叶片表面静压分布,揭示了其内部流动的主要特征。预测了泵的水力性能,并与泵模型性能试验结果进行了对比。结果表明,最优工况时数值模拟与试验结果吻合较理想,满足工程实际的需要。     

导叶式混流泵水力性能优化的数值模拟

以导叶式混流泵为例,通过改变叶片截面的扭曲角和导叶的扫掠角度,对混流泵进行了优化设计,进而采用数值模拟方法分析了混流泵的水力性能。结果表明,在一定范围内,调整叶片的扭曲角度会使泵段效率上升;增大导叶的扫掠角度,导叶翼型的表面流线分布会更加均匀,可有效避免导叶表面的脱流漩涡,优化后的混流泵段效率比优化前提高了8.36%。     

双蜗壳混流泵内部流场数值模拟与叶轮改型设计

以某双蜗壳混流泵为研究对象,利用计算流体动力学(CFD)商用软件CFX中RNG κ-ε湍流模型及全隐式多网格耦合求解算法对其3种工况下的内部三维湍流流动进行数值模拟,分析了3种工况下叶轮内的相对速度和压力变化及设计工况下蜗壳内部流动的冲击、二次流现象,并探讨了提高混流式叶轮水力性能的改型方法.     

混凝土输送管冲蚀磨损数值模拟

在混凝土泵送过程中,不可避免会对输送管产生磨损。针对混凝土输送管的易磨损部位进行模拟预测,通过Fluent对三种空间位置状态下的混凝土输送管建立三维模型,对输送管在实际运行时的管道弯折情况进行模拟分析。通过分析磨损率、堆积率云图,确定了3种常见弯折情况下的S型输送管在混凝土输送过程中的磨损程度和最易磨损部位,发现90°弯折的S型管磨损程度最大,随着弯折角度的改变,最易磨损位置也相应发生了改变,即0°弯管的磨损主要集中在La、Lb连接处外侧面,45°弯管的磨损主要集中在La、Lb连接处及Lb外侧面,90°弯管的磨损主要集中在Lb外侧面。通过对混凝土输送管磨损位置的模拟预测,为相似管道形式的磨损研究及优化设计提供参考,以期在实际工程中减少耗材。     

混流泵作透平的数值计算与试验

为探究混流泵作透平内部的流动特性,选取1台比转速为220的混流泵进行外特性试验,采用全流场和结构化网格技术对透平内部流动状况进行数值模拟,得到不同流量工况下透平内部的流场分布和压力分布,并用速度三角形对透平内部流场变化进行分析。结果表明,透平进口到出口压力逐渐降低,随着流量增加,透平进出口压差逐渐增加,叶轮内部涡漩位置和大小发生变化,尾水管内液流圆周分速度方向发生变化;透平总水力损失随流量的增加而增加,其中叶轮水力损失占比最高,因此混流泵作透平的优化应集中在叶轮部分。     

轴流压气机叶片磨损位置模拟方法研究

采用气固两相流计算方法,对某型燃气轮机压气机实际工作环境中沙尘颗粒对压气机叶片磨损特性进行了全三维数值模拟研究,分析了叶片表面磨损位置的分布情况。研究表明：同级与不同级压气机叶片均呈现出明显的非均匀磨损特性,同级叶片的最大磨损浓度可以达到最小磨损浓度的2.9倍,不同级叶片的平均磨损浓度最大相差17.8倍;同一叶片上,颗粒对叶片前缘的磨损程度高于尾缘;随着转速的增大叶片的磨损率最大增加120%且非均匀性进一步增强。     

煤粉颗粒对管道壁面磨损的数值模拟研究

应用计算流体动力学（CFD）研究煤灰颗粒穿过槽道中10×11错列排列AISI 304不锈钢管束时槽道壁面受到的磨损状况。流场采用直接数值模拟,流场与管束之间的耦合采用内嵌边界技术求解,颗粒轨道采用拉格朗日轨道模型求解并考虑颗粒与流体之间的双向耦合。通过选用200μm粒径的颗粒来分析颗粒对壁面的磨损状况。颗粒对壁面的碰撞频率和壁面局部质量磨损率的分布表明,壁面局部质量磨损率对壁面的磨损量起关键作用,壁面局部质量磨损量的分布也与预测值相符合。     

凝汽器水侧流动的三维数值模拟

建立了某一凝汽器实际管束的流动计算模型,运用计算流体力学的方法,对该凝汽器水侧流场进行了三维数值模拟。采用分区对称计算方法,大大降低网格数量,从而详细预测了凝汽器水侧进出口水室以及其连接管和冷却水管束内的流动特性。计算结果可以清楚地表明:该凝汽器进口水室存在大量漩涡,使流动阻力增加,流动恶化;水室速度分布不均匀,进口水室管板中心区域流体流速较高而边缘区域较低,结构上存在一定问题;而出口水室的结构较为合理。这与采用多孔介质模型模拟的结论一致,进一步验证了采用多孔介质模型对凝汽器进行计算是正确可行的。计算结果同时表明,冷却水管束内流量和流速的分布是不均匀的,位于中心位置的冷却水管流量较大,而周边区域较小,最大流量差别可达到38%,且相邻管路的流量减小幅度与冷却水管布置有关。冷却水管内冷却水流量和流速的差异将会影响换热器的换热性能。计算结果可为分析研究管排流动不均而引起的换热效率问题提供条件,也可为凝汽器设计和结构优化提供依据。     

方形截面弯管二次流数值模拟

应用湍流大涡模拟方法对含有和不含导流叶片的方形截面 90°弯道的二次流动进行了数值模拟 ,同时给出了Taylor-Galerkin有限元离散格式。管道加装叶片后 ,形成了两对二次流 ,其强度较低且沿程变化不大 ,改善了流动状态     

煤焦油燃烧特性数值模拟

利用数值模拟方法,选用标准k-ε湍流模型,化学反应采用涡-耗散模型,辐射模型应用P-1辐射模型,研究进油口尺寸、进气口尺寸一定,煤焦油蒸气速度和助燃气体速度不变,富氧条件下不同含氧助燃气体对燃烧室火焰空间温度场和气流场压力场的影响。结果表明,助燃气体含氧量越高,火焰温度越高,燃烧速率越快,尾气排放所带走热量越小,火焰空间温度场分布梯度变大。数值模拟结果对于煤焦油用于工业燃烧条件的设计和操作具有一定的理论指导和实践意义。     

轴流泵内部流场的数值模拟

为更深入研究轴流泵并了解其流道内流场特性,结合南水北调东线工程某泵站模型能量试验数据,采用计算流体动力学软件Fluent, 在多重参考系坐标下,运用基于壁面律的RNG κ〖KG-*6〗 ε的湍流模型对模型泵进行数值模拟。 计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程, 进口压力值选为0。通过计算预测了泵的水力性能,并与模型试验结果进行了比较,结果显示设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好,非设计工况下偏差较大。     

罗茨泵内部流场数值模拟研究

罗茨泵在运行中由于各种原因会出现振动大、噪音大、泄漏等问题,获得罗茨泵的流动信息对预知及解决故障问题具有非常重要的意义,建立罗茨泵流场数学模型,用CFD软件对其内部流场进行模拟,获得并分析内部介质的压力场、速度场、流量脉动曲线、进出口压差对流量影响。研究结果表明:两转子间隙处压差最大,形成较高涡流;排气口两侧有明显的涡流;出口流量在转子转动初始阶段达到峰值;进口流量和进出口压差成反比,进口流量的脉动系数和进出口压差成正比。验证了CFD数值模拟的准确性,为对罗茨泵的进一步研究和整体优化奠定了基础。     

流线形喷嘴时射流泵流场的数值模拟

为分析流线形喷嘴时射流泵的水力特性,采用紊流数值模拟方法,对流线形喷嘴时射流泵流场进行了三维计算。结果表明,随着流量比的增大,工作液流核区衰减得越慢,在喉管入口段工作液提升被吸液的区域有所减小;流量比越大喉管内紊动能最大值出现的位置会靠后且其数值会降低,两股液体混掺作用会变弱;喉管内压力随流量比的增大而逐渐降低且负压区范围有所扩大,最低负压发生在喉管壁处。同一流量比下,流线形喷嘴时射流泵的压力比略微高于圆锥形喷嘴时,但差别很小。流线形喷嘴时射流泵流场的计算成果,可为研究射流泵水力特性提供参考。     

基于CFX单圆弧空间导叶斜流泵的数值模拟

利用流体计算软件ANSYS-CFX,采用基于三维不可压缩流体的N-S方程和标准κ-ε湍流模型对带有单圆弧空间导叶的斜流泵进行了数值模拟,通过分析其整体静压分布、速度分布及三个典型工况下叶轮叶片的静压分布、吸力面的速度分布、导叶片压力及速度分布等,揭示了其内部流场的主要特征,预测了泵的水力性能。对比了模拟结果与试验结果,验证了数值模拟的可靠性,说明带单圆弧空间导叶的斜流泵在一定流量范围内能满足工程实际的需要,且在加工制造方面优于扭曲的空间导叶。     

基于固液两相流的离心泵内部流场数值分析

为了初步研究泥沙颗粒直径对离心泵性能及内部流场的影响,本研究采用particles粒子模型对某离心泵进行全流道数值模拟实验。重点分析了在相同泥沙颗粒体积分数和不同来流泥沙颗粒直径下叶片表面的泥沙颗粒的体积分数分布、泥沙颗粒速度分布的情况。结果表明:由于固体的存在使得流动不稳定,同一离心泵在固液两相流介质下运行较单相流介质会不同程度使泵扬程和效率下降,在相同工况下,随着泥沙颗粒直径的增加,叶片表面泥沙颗粒体积分数上升,且有向压力面偏移的趋势,叶片表面泥沙颗粒速度也逐渐增大;导致叶片进水边、叶片吸力面出水边磨损较为严重。该研究可为以含沙水为工作介质的离心泵设计提供一定的参考。     

高水头电站水轮机沙水流动特性的数值研究

研究泥沙磨损有助于降低水轮机磨损,延长水轮机使用寿命。运用Partical两相流模型对高水头多泥沙电站的水轮机全流道内部沙水两相流动进行数值计算,并分别分析转轮进口沿叶高20%、50%、80%流面的流动特性。计算结果表明,压力从固定导叶进口到转轮出口圆周方向的周向性较好,分布合理,最低压力高于空化压力。活动导叶上泥沙相体积分数最高在导叶头部位置,尾部泥沙相体积分数也较高,导叶靠近头部处和导叶尾部泥沙速度最大。转轮叶片各叶高流面泥沙相体积分数均在叶片工作面尾部达到最大,叶片头部和尾部位置泥沙速度均较高。研究结果对水轮机选材、关键磨损部位的预测及防护方案具有指导意义。     

基于CFD的离心泵内部流场数值模拟

采用GAMBIT建模划分网格,基于CFD技术,采用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型对离心泵内部的二维湍流流动进行了数值模拟,得到了离心泵内部流场的压力分布、速度分布及气蚀特性规律。结果表明,叶轮内部流体从叶片入口到离心泵出口速度不断降低,压力不断升高。同时,得到了气蚀分布特性,在所研究工况条件下,气蚀首先在叶片两侧出现。模拟结果对工程实践和离心泵水力性能研究有一定的指导意义。     

汽轮机动叶顶部间隙泄漏流动特性的数值模拟

以一个小展弦比轴流透平级为研究对象,采用数值方法对不同动叶顶部间隙情况下的间隙泄漏流动进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展及其对透平级性能的影响.以三维流线和极限流线为手段,分析了6种间隙尺寸下动叶顶部的泄漏流和泄漏涡造成的损失及其与主流掺混的过程.结果表明:动叶顶部间隙两侧压力面和吸力面之间的压力差使汽流从压力面被吸入间隙,跨过叶顶,进入相邻叶栅通道的吸力面,导致泄漏流动;与无间隙的情况相比,叶顶间隙的存在使上端壁处的流场发生明显变化,引起损失迅速增长;随着间隙的增大,泄漏涡的产生位置提前,强度增大,从而导致更大的流动损失.