分流叶片进口直径对离心泵空化特性影响

为探究分流叶片对离心泵空化性能的影响,以IS80-50-200模型泵为研究对象,在模型泵上设计添加了3种不同进口直径分流叶片,利用CFD软件对离心泵进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,分析不同汽蚀余量对离心泵空化特性和叶轮内部流场的影响,探究叶轮空化初生和发展规律。结果表明:添加分流叶片后,泵的扬程、效率均有一定程度的提高,且分流叶片的进口直径对扬程和效率的影响不大;泵的H-Q曲线驼峰减弱;泵的抗空化性能均有提高。在研究的水力模型中,当离心泵短叶片进口直径为0.8D2时,泵的抗空化性能最好。添加分流叶片后,长叶片两侧压差减小,叶轮进口处的低压区范围变小,有利于提高泵的抗空化能力。     

叶片数对离心泵瞬态空化特性的影响

为研究叶片数在离心泵设计工况下对瞬态空化特性的影响,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,以3种叶轮叶片数的离心泵为研究对象对其内部空化流动进行三维非定常数值模拟。结果表明:对于3组不同叶片数(Z=4、5、6)的叶轮,随着叶片数逐渐增加,离心泵扬程增加,但效率无明显差异;不同叶片数离心泵的空化特性曲线不同,临界空化点压力以及扬程断裂值不同,3种叶轮方案在无空化时的扬程分别为44.8、41.8和39.2 m,扬程断裂的相对值分别占其扬程的27%、25%、32%,即Z=5的叶轮离心泵扬程下降最少;在叶轮的一个旋转周期内,随着时间的增大,Z=4的空泡体积逐渐增加,Z=5和Z=6的空泡体积逐渐减小;叶片数较少时,叶轮流道内相对轴面漩涡运动剧烈,流体的绝对速度降低,造成泵压头的衰减,加速空化发生。     

叶轮进口边型线对两级离心泵空化及非定常流动特性的影响

针对叶片进口边型线对两级离心泵空化及内部非定常流动特性的影响,在保持泵体和其他几何参数不变的情况下,通过改变第一级叶轮叶片进口边曲率,计算了两级离心泵内的空化及非定常流动。获得了空化性能曲线、第一级叶轮流道内测点的压力脉动和第一级叶轮的受力情况。结果表明:进口边对临界空化余量、压力脉动和受力情况的影响不具有单调性,而是存在最优值;压力脉动的主导频率为15倍轴频,并且压力脉动出现高幅低频现象;轴向力和径向力的脉动主频分别为轴频和2倍叶频;径向力的波动幅值远小于空间x,y方向受力的波动幅值。     

某离心泵内部流场非定常空化分析

为研究某小型离心泵转轮空化情况,在设计工况下应用SST κ-ω湍流及Zwart-Gerber-Belamri空化模型对小型离心泵全流道进行数值模拟计算与分析,探讨其内部空化特性.结果表明,空泡率先出现在叶片头部近吸力面区域且进口压力梯度变化较均匀,叶轮进口处压力值最低;随着空化余量的降低,空泡下游区域的压力梯度变化增大...     

低比转速离心泵叶片加厚非定常特性分析

本研究以一台低比转速n_s=58的离心泵为研究对象,通过改变离心泵叶轮出口叶片真实厚度,并采用CFD(流体力学的计算软件)研究叶片厚度对泵性能及其非定常特性的影响。得到其定常和非定常特性的性能曲线,结果表明:出口真实叶片厚度增加会提高离心泵关死点的扬程;叶片厚度增加在一定程度上能提高泵的效率;叶轮和蜗壳的径向力呈周期性分布,δ_2=10 mm方案中蜗壳径向力整体分布和峰值都比较理想,优于其它两个方案;δ_2=5 mm方案中叶轮径向力在3个工况下整体分布和峰值都优于其它两个方案。叶片出口真实厚度增加会使叶轮出口处的卡门涡街的影响增强,使监测点压力脉动和蜗壳、叶轮的径向力都出现明显的次波动。     

固体颗粒含量对离心泵空化特性影响分析

为研究离心泵输送介质中固体颗粒含量对空化的影响,采用数值计算与试验结果进行对比相结合的方式进行了深入地研究,结果表明:固体颗粒含量对空化的影响比较大,空化随固体颗粒含量的增加而严重;在相同进口压力工况下,不同的固体颗粒含量对叶轮内部空泡流动轨迹及速度变化等因素的影响较大;在相同空化工况下,固体体积分数总体上是随固体颗粒含量的增加而增大,但受空化影响在一些区域内的固体体积分数会减小;在固体颗粒含量不变的情况下,叶轮流道内的固体体积分数随着空化的发展而逐渐减小。由于空化非线性变化规律产生而引起叶轮流道内固体体积分数呈现非线性规律变化。     

空间导叶式离心泵非定常流动压力脉动特性分析

为研究立式长轴泵叶轮与空间导叶间由于动静干涉诱发泵流场内的压力脉动特性,基于标准κ-ε模型及Reynolds时均N-S方程对某型号立式长轴泵水力模型在0.8Q、1.0Q、1.2Q三种工况下进行非定常数值模拟,得到各监测点的压力脉动时域数据,通过FFT变换得到频域图谱,并对时域、频域曲线进行分析。结果表明,叶轮与空间导叶的动静耦合作用是产生压力脉动的主因;泵中主要存在白噪声、叶频及转频三种形式的压力脉动;压力脉动的大小受工况影响较大,额定工况下压力脉动值较小。研究结果为空间导叶式离心泵水力性能优化、振动及噪声诊断提供了依据,对其他形式压水室水压力脉动研究也有参考价值。     

叶片进口边位置对小流量工况下离心泵空化特性的影响

为研究叶片进口位置对小流量工况下离心泵空化性能的影响,应用数值计算方法模拟了比转数为81的离心泵的三种模型,得到不同进口边位置的离心泵空化特性,并分析了叶轮内部流场与空化性能曲线的影响关系。结果表明,在小流量工况下,低比转速离心泵叶片进口边位置越靠前,抗空化性能较好,但严重空化后扬程衰减更快,流道直接被空泡堵塞,流道和叶片表面气泡分布较均匀,且气泡充斥流道速度较快,气泡体积分数各流道差值越小。相比较而言,叶片进口位置越靠后,气泡在流道内部和叶片背面分布不均匀,易出现噪声和振动,但在断裂空化状态,气泡并未完全堵塞流道,扬程下降速度较慢。整体来看,在小流量工况下,叶片进口边位置越靠前,离心泵的抗空化性能较好,并通过试验研究验证了模拟结果的可靠性。研究成果可为小流量工况下低比转速离心泵抗空化性能的优化提供参考。     

叶片包角对低比转速离心泵固液两相非定常流动的影响

为了探索叶片包角在固液两相流下对低比转速离心泵非定常特性的影响,利用ANSYS CFX软件采用Mixture多相流模型对4种不同叶片包角离心泵的固液两相湍流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对离心泵瞬时扬程、压力及压力脉动的影响。研究表明:随着叶片包角的增大,瞬时扬程会降低,并且降低速度越来越快;叶片包角每增大10°,瞬时扬程的波动时间延迟0. 000 52 s。随着叶片包角的增大,叶片工作面与叶片背面的压力会降低。叶片包角每增加10°,固液两相流时离心泵的压力脉动时间均向后延迟0. 007 s。不同包角下的主要脉动幅值均出现在转频处。颗粒浓度为0. 02和0. 05时,压力脉动最小值均出现在叶片包角值为140°时;当颗粒浓度为0. 1时,脉动幅值随着叶片包角的增大而减小,叶片包角从130°增加到160°时,此时的压力脉动受到叶片包角的影响最为严重,脉动幅值减小了14. 52%。因此,在高颗粒浓度下适当增加叶片包角可以改善固液两相离心泵的压力脉动。     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。     

径向导叶对高速离心泵非定常流动影响的分析

应用计算流体力学技术对带导叶与不带导叶高速离心泵的内部流场进行定常及非定常数值模拟,从而预测出带导叶与不带导叶两种方案下的外特性曲线走势情况。同时得到了流体流经关键位置时在不同工况下的压力脉动情况,并对相应的时域图及频域图进行了对比分析。结果表明,带有导叶的高速离心泵相比于无导叶离心泵扬程较高,扬程曲线更加平缓,同时在大流量工况下,高速离心泵效率更高也更稳定。从时域图分析,不同工况下两种方案中的高速离心泵压力脉动存在明显的周期性,其中带有导叶的高速离心泵在大流量工况下压力脉动幅值相对较小,不带导叶的高速离心泵在小流量下压力脉动幅值相对较小;从频域图分析看,两种方案中的高速泵都是在一倍叶频处存在较大峰值,即动静干涉作用是引起压力脉动的主要因素,同时通过对比,在不同工况下带有导叶的高速离心泵在二倍叶频处峰值较小,说明添加径向导叶对缓解动静干涉起到一定作用。通过比较不同方案下监测点压力脉动平均值及峰值曲线图,说明在高速泵中加装径向导叶可以有效地发挥扩压作用,降低液流速度,充分将速度能转化为压能。结合上述结论,可以得出带导叶高速离心泵适合在大流量高工况下运行,如消防灭火,石油化工,航空航天等领域。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

空化对分流叶片式航空燃油泵性能的影响研究

为探究空化对某分流叶片式航空燃油泵性能的影响规律,本文基于RNG k-ε湍流模型与Zwart-Gerber-Belamri空化模型,利用ANSYS CFX软件对其内部流场进行了数值模拟,分析不同流量和不同空化程度下燃油泵内流动特性及压力脉动规律.结果 表明:在不同流量下,空泡的演变规律相同,均随空化余量的降低,先从长叶...     

粗糙度对离心泵进口回流非定常特性影响的研究

为研究粗糙度对离心泵进口回流非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset方程的均相流空化模型,对某离心泵在5种不同的表面粗糙度(0、6.30、12.50、27.22和36.27μm)下进行非定常计算,并分析小流量工况0.4Q_d下回流旋涡的发展和不同断面压力脉动、进口和叶轮所受径向力。结果表明:随着流量的降低,效率受粗糙度影响越复杂;在Ra=6.30μm时,各监测点的压力脉动幅值有一定的提高,在其他4个粗糙度下均有降低,且Ra=27.22μm时,各监测点的压力脉动幅值降低程度最大;随着粗糙度的增大,进水管所受径向力先增大后缓慢增加,且受力中心偏心分布;叶轮受到的径向力与进水管壁面粗糙度有一定关联并分布复杂,在Ra=6.30μm时,叶轮径向力趋于均匀分布。     

颗粒浓度对高比转速离心泵非定常特性的影响

为了分析颗粒浓度对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用Mixture混合多相流模型,利用CFX软件进行数值模拟,分析了不同颗粒浓度时的瞬时湍动能、压力脉动及径向力。研究表明:随着颗粒浓度的增加,效率有所下降,清水条件下的离心泵效率最优;随着颗粒浓度的增大,叶轮内的瞬时湍动能明显增强,叶轮流道内及隔舌处的压力值均减小,脉动幅值均增大,作用在叶轮上的径向力会增大,而作用在隔舌处的径向力会减小;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处;隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处;叶轮流道内、隔舌处的压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点和叶轮上、隔舌处的径向力增减速度快慢的分界点均在颗粒浓度为1%附近。     

叶轮相位交错对多级离心泵非定常外特性的影响

以6级离心泵为模型,设计了同轴布置的6级叶轮相位不交错(方案A)、交错一个流道相位的1/2(方案B)、交错一个流道的1/(Z-1)(Z为叶轮叶片数,方案C)、交错一个导叶流道的1/(Z_1-1)(Z_1为导叶数,方案D)的4种方案,在UG软件中完成三维模型建立,采用标准k-ε湍流模型,利用ANSYS-CFX软件进行了三维全流场的非定常计算。研究表明:不同方案的外特性虽然相差不大,但叶轮相位交错改变了叶轮之间的相对位置关系,使外特性的相位同步发生时序性变化;在0.6Qd、1.0Qd工况下方案B的内部激励叠加效果优于方案A;在1.4Qd工况下内部激励强度在减弱,叶轮相位交错影响了该工况下扬程波动的主频;在设计工况下效率的波动幅值最大,在偏设计工况条件下方案B、方案C的效率相对比较稳定;同时,3个计算工况条件下方案B、方案C的轴功率波动幅值比较稳定,而在大流量工况下方案B的非定常轴功率最稳定。     

颗粒直径及浓度对高速离心泵非定常特性的影响

为探究不同颗粒直径、颗粒浓度对高速离心泵非定常特性的影响,以一台比转速为67的高速离心泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件建立的Mixture混合多相流模型进行了数值模拟计算,分析了高速泵的外特性、内部流场以及压力脉动变化规律。计算结果表明:随着颗粒体积分数的增加,效率最优工况点在向小流量处偏移,并且叶轮进口越偏向大流量工况,效率下降得越快,适当增加颗粒直径,对固液两相流的输送有积极作用;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在叶频及倍频处,在颗粒体积分数为0.65%、颗粒直径为D=0.15 mm时,随着进口流量的增加,固相体积在叶轮流道处占比逐渐减小,在叶轮进口处颗粒占比逐渐增大;随着颗粒浓度的增大,叶轮流道内及隔舌处的压力均减小,叶轮流道内、隔舌处的压力和叶轮的径向力增减速度快慢的分界点在颗粒直径D=0.1 mm附近。     

导叶叶片数对离心泵特性的影响

在比转速n_s=71的离心泵研发过程中,针对叶片数z=5的叶轮,为选择适宜叶片数的导叶,采用CFX软件对单级研发泵进行非定常数值模拟研究,分析了不同工况下导叶叶片数分别为6、7、8时泵的外特性、压力脉动和叶轮径向力,针对小流量工况径向力的较大差异,进一步对比了叶轮内流场。结果表明,减少导叶叶片数可提高较大流量工况的扬程和效率,但可能导致小流量扬程下降;小流量区间导叶叶片数对压力脉动的影响较为复杂,而较大流量工况增加导叶叶片数有益于改善压力脉动;此外,导叶叶片数越多,非额定工况的叶轮径向力越小,特别是在小流量工况,增加导叶叶片数提高了叶轮流场的均匀性,径向力缩小约4倍。最终对整体性能较优的7叶片导叶进行排产和试验,其中扬程计算误差不超过5.9%,表明数值模拟结果具有一定精度。     

马赫数对振荡涡轮叶片非定常流动影响的数值模拟

对影响颤振稳定性关键参数进行研究,并探讨颤振稳定性随关键参数的变化规律,对颤振问题的研究具有重要意义。在进一步完善非定常雷诺平均N-S方程求解程序的基础上,基于影响系数法,在不同振型下就出口马赫数对三维涡轮振荡叶片绕流的影响问题进行了数值模拟。数值模拟结果表明,所发展的程序对振荡叶栅流动模拟具有较好的精度;出口马赫数对振荡叶栅内部非定常流动以及叶片表面的非定常气动力将产生影响;且不同模态下出口马赫数对非定常流动的影响规律表现不尽相同。