偏离设计工况下混流泵流动特性分析

为探究不同工况下混流泵的流动特性,采用计算流体动力学软件,对0.6Q_0~1.4Q_0变流量工况下某一低比转速混流泵的内部流动状态进行仿真模拟。研究不同流量下该混流泵的外特性变化趋势,并重点分析混流泵叶轮和导叶区域流动的压力、速度以及湍动能耗散情况。结果表明,混流泵在偏离设计工况下运行会产生不同程度的回流、涡流,且流量越小该现象越严重。在导叶出口区域附近,其湍动能耗散随流量增大而增大,这些因素都会降低混流泵的效率。本文对混流泵的高效使用具有一定的指导作用,同时可为混流泵的优化设计提供参考。     

过渡流道径向长度对离心泵水力性能的影响

为研究过渡流道径向长度对离心泵水力性能的影响,建立了4种不同径向长度的过渡流道模型,并借助ANSYS软件对离心泵进行了全流场的数值模拟。根据数值模拟结果,对比分析了泵外特性曲线和设计工况下过渡流道内部的流动状态。研究表明:额定工况及小流量工况下,径向长度对离心泵外特性的影响不大,但在大流量工况下,随着长度的减小,离心泵的扬程和效率均有所降低;过渡流道径向长度为510和610 mm的离心泵,扬程与效率的波动不大;过渡流道扩散段内部的回流和漩涡较为明显,且小径向长度过渡流道扩散段内部的回流和漩涡更为明显。     

轴流泵内部流动诱导噪声数值研究

为改善轴流泵运行的稳定性,采用CFD方法和Lighthill声比拟理论,利用CFX对模型泵在0.55Q_(BEP)、0.6Q_(BEP)、0.9Q_(BEP)、Q_(BEP)、1.1Q_(BEP)流量下的轴流泵内部流场进行非定常模拟,并基于CFX数值模拟所得到的流动信息,根据FW-H方程提取叶片表面偶极子声源,并在LMS Virtual.Lab中采用内外声学直接边界元模型计算不同工况下的模型泵内叶频及其谐频处的内声场。研究结果表明,泵内边界上最大声压值随着流量的减小逐渐增大;叶片偶极子噪声在叶频96Hz处的深度失速工况泵内边界声压比最优工况下增大了28.9%;壳体偶极子噪声在轴频24Hz处的深度失速工况泵内边界声比最优工况下增大了6.5%,在叶频96 Hz时的深度失速工况泵内边界声压高于最优工况7%。     

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。     

多级离心泵首级叶轮内部流动的数值模拟

为了解多级离心泵首级叶轮内部流动特性,基于N-S方程和标准κ-ε湍流模型对三长三短复合叶轮和四长四短复合叶轮内部流动进行了数值模拟,获得了两种叶轮在额定工况及非额定工况下的内部流场分布并进行了分析。结果显示,四长四短叶轮可改善叶轮内部流场、提高叶轮吸力面压力,进一步阻止小流量下的脱流现象,有效提高了整个泵的扬程和效率及高效区。     

1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。     

偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动分析

为研究偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动特征,以某水电站实际运行的水轮机为研究对象,基于SSTk-ω湍流模型,研究水轮机在流量为308.538 m3/s,间隙值为10 mm时叶顶间隙内部流场的压力和速度矢量分布以及叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性.研究结果表明:在工况3条件下,间隙为10 mm时,在叶片工作面和背...     

前置导叶对双吸离心泵性能影响试验研究

为了优化离心泵运行工况,运用叶轮机械设计、前置导叶预旋调节的基本理论,并结合诱导轮设计理论,设计了两种不同叶高的双吸泵前置诱导叶片.对带有不同叶高前置叶片的双吸泵进行了试验研究.研究结果表明:带有诱导叶片的双吸泵虽然扬程略有降低,且在大流量区域效率降低,但其功率消耗降低,最大可节能3.34%,且高效区往小流量偏移;14 mm叶高诱导叶片调节效果明显优于20 mm叶高诱导叶片,且能够有效地将双吸泵高效区往小流量偏移,同时降低离心泵功率消耗.     

基于CFD的离心泵叶轮内部流动分析与试验对比

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶片吸力面的抗空蚀性能逐渐增强;叶片间轴向漩涡的位置与流量无关;出口边径向速度随流量增加而增大;出口边切向速度随流量增加而减小。与试验结果的比较表明,在Qopt工况下,数值模拟能有效预测泵内部的复杂三维流动与水力性能。     

轴流泵优化设计及压力脉动特性研究

为探究明渠流对轴流泵装置性能的影响及提升大型低扬程轴流泵装置的整体水力性能,基于泵装置悬空高度、明渠进水池宽度、明渠出水池宽度三个参数,对大型低扬程泵装置进行三维非定常数值模拟计算,通过优化分析选出最优轴流泵装置模型,优化后的模型水力效率由81.3%提升为84.5%,进一步分析了最优轴流泵装置模型在不同流量工况下的流场特性及压力脉动特性。结果表明,小流量工况下运行的泵装置压力脉动时域特性明显优于额定流量工况和大流量工况,转轮进口及导叶进出口处测点压力脉动系数值均不超过0.01;转轮进口处三种流量工况下最大脉动系数均低于0.015,小流量、大流量工况下导叶出口处的压力脉动系数接近0,额定流量工况下导叶出口处的压力脉动系数为0.122。     

水泵水轮机转轮加装短叶片前后的流动特性对比

为对比高水头水泵水轮机的转轮加装短叶片前后的能量特性及流动特性,基于SST湍流模型,选取4个具有代表性的水泵及水轮机工况,对有/无短叶片的水泵水轮机进行全流道三维定常计算。数值模拟结果表明,以水泵运行时加装短叶片可抑制脱流与漩涡等二次流现象,降低单个叶片承受的水力载荷,提高转轮进出口、导叶区及蜗壳静压,使泵获得更高的扬程。水轮机运行时添加短叶片可减小转轮出口环量,改善在尾水管内形成的复杂漩涡流,提高其水力效率。相同边界条件下,长短叶片转轮改善了转轮区的流动条件,从而提升了机组的能量特性及水力稳定性。     

Performance analysis of mini centrifugal pump with splitter blades

Design method for a mini centrifugal pump is not established because the internal flow condition for these small-sized fluid machines is not clarified and conventional theory is not suitable for small-sized pumps. Then, a semi-open impeller for the mini centrifugal pump with 55mm impeller diameter is adopted in this research to take simplicity and maintenance into consideration. Splitter blades are adopted in this research to improve the per- formance and internal flow condition of mini centrifugal pump having large blade outlet angle. The performance tests are conducted with these rotors in order to investigate the effect of the splitter blades on the performance and internal flow condition of the mini centrifugal pump. A three dimensional steady numerical flow analysis is con- ducted to analyze rotor, volute efficiency and loss caused by a vortex. It is clarified from the experimental results that the performance of the mini centrifugal pump is improved by the effect of the splitter blades. Flow condition at outlet of the rotor becomes uniform and back flow regions are suppressed in the case with the splitter blades. Further, the volute efficiency increases and the vortex loss decreases. In the present paper, the performance of the mini centrifugal pump is shown and the flow condition is clarified with the results of the experiment and the nu- merical flow analysis. Furthermore, the performance analyses of the mini centrifugal pumps with and without the splitter blades are conducted.     

基于湍流数值模拟的双吸泵性能预测与验证

为了提高双吸泵的性能,采用RNGk-ε方程湍流模型和标准SIMPLE算法对某双吸离心泵全流道进行了三维湍流数值模拟分析。在流场数值模拟的基础上进行多工况的流体动力性能预测,并与实验值进行比较验证,表明该方法能够较为准确地预测出双吸泵的性能曲线。数值模拟得到的双吸泵内部流动速度、压力分布等能够进一步对双吸泵的内部特性进行预测分析。通过性能预测,对指导流道水力优化设计或实际工程改型设计等发挥了重要作用。     

采用开缝叶片流动控制的低比转速离心泵数值模拟与试验研究

基于流动控制技术,以某型号的低比转速离心式不锈钢冲压叶轮作为研究模型,采用数值模拟和试验研究了叶片不同开缝位置(r/R)对叶轮内部能量、湍流动能及耗散率分布的影响,同时制作了开缝叶片离心泵样机模型,并进行了试验验证,分析了叶片上开缝的相对位置对离心泵的扬程及效率等外特性的影响,比较了叶片有、无开缝的性能变化。研究结果表明:叶片开缝的位置对叶轮内流体能量的分布以及获得的总压能影响较大;开缝的存在会引起离心泵内部流场的变化,在开缝的地方会产生湍动能及耗散率的突变;不同的开缝相对位置对离心泵性能影响不同,开缝的相对位置为0.875,与没有开缝叶片的离心泵相比,效率提高了1.52%,拓宽了离心泵的高效区间,在大流量时,开缝存在起到了抑制分离的产生,提高了离心泵的扬程,改善了叶轮流道中流体的流动状态。     

不同工况下水泵水轮机尾水管压力脉动特性与改善措施研究

不稳定水流诱发的压力脉动是引起水力机械振动进而影响水泵水轮机安全运行的重要原因.为研究不同流量下水泵水轮机尾水管涡带形态的演变,分析空化系数对涡带形态的影响,基于FBM湍流模型,针对水泵水轮机五种典型运行工况进行非定常数值模拟,重点比较了不同流量与空化系数对尾水管涡带形态的影响.结果表明,当机组运行在0.5倍和1.1倍...     

矩形截面与圆形截面蜗壳对涡轮性能影响的比较研究

分别设计了喉口面积相等的矩形截面蜗壳和圆形截面蜗壳,通过数值计算,就两种结构对涡轮性能的影响进行了全工况的比较分析,结果表明,当涡轮采用圆形截面蜗壳时比采用矩形截面蜗壳时的效率高。并通过内部流场的分析揭示了两种蜗壳流动损失差异的原因,为涡轮增压器的进一步开发和匹配提供一定的参考。     

特低扬程双向立式轴流泵装置水动力特性数值计算

为了研究特低扬程双向立式泵装置的水动力特性,采用数值模拟与模型试验相结合的方法,分析了某特低扬程双向泵装置及过流部件在不同工况下的水动力特性。结果表明,该特低扬程双向立式泵装置及过流部件在设计工况时可获得较为理想的内、外特性;设计工况下泵装置的效率可达70%以上;最高扬程附近运行时,导叶叶道内出现流动分离等不良流态,转轮叶片工作面与背面压差较大,应避免在最高扬程附近运行。     

Numerical investigation on influence of diffuser vane height of centrifugal pump

Vaned diffusers are extensively used in centrifugal pumps, but the influence of vane height on internal flow field and overall performance is not explicit. This paper mainly presents numerical investigation on influence mechanism of diffuser vane height in a single-stage centrifugal pump. The head values were carried out on a low specific speed centrifugal pump equipped with different diffuser vane height by numerical simulation and experimental method. And the deviation between numerical results and experimental results were < 5%. The diffuser vane height h/b ratio is changed as 0, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, and 1 in this study. The numerical analysis shows that reducing diffuser vane height could eliminate the vortex which appears at tongue region. Meanwhile, the influence of rotor-stator interaction was reduced by reducing the vane height. Consequently, the energy loss in the volute and the diffuser could both be decreased at design flow point and over flow point. In the other hand, the circumferential velocity at partial flow point gets larger which could lead to large frictional loss. In general, reducing the diffuser vane height at design and over flow point could improve the output work of impeller.     

Numerical simulation and experimental validation of indirect expansion solar-assisted multi-functional heat pump

A novel indirect expansion solar-assisted multi-functional heat pump (IX-SAMHP) system which composes of the multi-functional heat pump system and solar thermal collecting system is proposed and studied in this paper. This system can fulfill space heating, space cooling and water heating with high energy efficiency by utilizing solar energy. For solar water heating mode and solar space heating mode, a dynamic model is presented and validated with the experimental results. The simulation results show good consistency with the experimental data, and the established model is able to predict the system performance at a reasonable accuracy (with the root mean square deviations less than 5%). On this basis, the performances of the IX-SAMHP system are investigated under different parametric conditions. For solar water heating mode, simultaneously operating the solar thermal collecting system and multi-functional heat pump system can be an energy efficiency method. With the solar irradiation rising from 0W/m² to 800W/m², the COP increases from 2.35 to 2.57. In solar space heating mode, the effect of the mass flow rate of water in evaporator is investigated. To balance the heating capacity and COP, the mass flow rate of water should be adjusted according to different temperature demands and heat load.     

固液两相流对离心泵压力脉动特性的影响

为了研究含沙水流下径向式导叶离心泵内的压力脉动变化规律,采用大涡模拟和Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,并结合SIMPLEC算法,对输送固液两相流介质的径向式导叶离心泵进行了全流道三维非定常数值计算,并在叶轮与导叶交接面及蜗壳出口段处,将固液两相介质与清水介质时的计算结果进行对比分析。数值计算结果表明,离旋转轴越远处压力脉动幅值越小;导叶与蜗壳内叶频是压力脉动主要频率,且在1倍叶频处最大;导叶内压力脉动幅值均大于蜗壳内,且随着颗粒粒径的增大,压力脉动幅值逐渐减小;蜗壳隔舌处的压力脉动幅值大于蜗壳其他部位;在叶轮与导叶交接面处,清水介质时压力脉动幅值大于固液两相介质时,固液两相介质时脉动波形滞后于清水介质时0.003 5 s;蜗壳出口段,固液两相时压力脉动幅值均大于清水时。