泵站出水流道标准化设计与模型水力损失试验

设计和制作了大型低扬程泵站常见的虹吸式、直管式和钟形三种标准化模型出水流道。构建了模型试验装置和测试系统,对三种模型出水流道的水力损失特性进行了测试比较,观测了各流道内流态。试验结果表明,虹吸式出水流道局部阻力系数（ξ=0．7～0．8）较直管式（ξ=0．55～0．6）和钟形（ξ=0．6左右）大,而直管式和钟形局部阻力系数较接近。流态观测结果表明,虹吸式与直管式流道内水流平顺,而钟形出水流道出水流呈现螺旋运动,湍动明显。     

轴流泵出水流道水力损失试验研究

受导叶出流环量、出水弯管二次流等因素的影响,轴流泵单孔出水流道内为复杂的螺旋流,双孔出水流道左孔流量大于右孔流量,水力损失异常。采用五孔探针准确测定流道断面水流能量,实测分析出水流道水力损失特性,探讨减阻措施。结果表明,出水流道水力损失不符合与流量平方成正比的关系。与等圆出水管相比,渐扩出水流道可以减小水力损失,提高泵装置效率10％～30％;对单孔流道,轴流泵出口环量过大,增大了水力损失, 而微小环量会使水力损失略有减小;对双孔流道,两孔流量不等,存在偏流,水力损失增大。采用微小出流环量或无出流环量后导叶,可减小出水流道水力损失,提高泵装置效率6％-11％。     

大型水泵出水流道优化水力设计

研究大型水泵出水流道扩散角、断面形状和中心线走向对水力损失的影响,提出当量扩散角概念,以包括沿程摩阻水力损失、扩散水力损失和出口水力损失在内的总水力损失最小为目标,对出水流道扩散角和断面形状进行优化,提出流道中心线走向优化的原则。研究结果表明,在进、出口断面位置一定的情况下,出水流道存在最优扩散角,使总水力损失最小。试验证明,由于水泵出水弯管的作用,出水流道实际开始脱流的扩散角小于理论计算的最优扩散角;采用优化渐变扩散角,可使水力损失进一步减小;矩形流道断面以正方形为最优,且存在最优角圆,使单位长流道沿程水力损失最小。成果对减小出水流道水力损失,实现泵装置优化设计,提高泵装置效率有重大意义。     

泵站出水流道三维造型系统的研究

在泵站二维出水流道计算机辅助设计系统软件开发的基础上,本文利用与其相同的支撑平台,研制了它们的三维造型系统,使得泵站出水流道的二维ＣＡＤ软件系统与三维造型成为一个有机的整体。     

大泵虹吸式出水流道CAD

根据《泵站技术规范》中虹吸式出水流道的设计思想，本文对其实现了计算机辅助设计。提出用“控制断面”的概念先设计流道内流速下降梯度模型，然后再设计各过水断面的方法。并将主程序的设计同绘图软件Ａｕｔｏ ＣＡＤ接口，使该设计与绘图成为一体化。     

博斯腾湖东泵站水泵装置进出水流道优化水力设计

博斯腾湖东泵站扬程较低,进、出水流道形状复杂,压力场分布不均匀,水力损失在水泵装置中所占比重较大,故对泵站进出水流道进行优化数模计算以提高泵站水泵装置效率是非常必要的。     

立式轴流泵出水流道流场试验研究

大型低扬程水泵采用渐扩出水流道,出水流道水力损失占泵扬程的15%～20%左右。为立式轴流泵设计制作了不同扩散角、无中隔板和有中隔板多种透明出水流道,采用五孔探针测定和丝线观测出水流道内流场,研究流场形成机理,分析流动规律,并与等圆出水管内流动比较。结果表明,由于后导叶出流环量、泵轴旋转诱导、出水弯管二次流和扩散的影响,出水流道内为复杂的螺旋流,断面轴向流速和周向流速分布不均匀、不对称,不均匀程度大于等圆出水管内流动,断面环量有向周边集中的趋势。成果对大型轴流泵装置出水部分的优化水力设计,提高泵装置效率有重大意义。     

大型水泵轴向后导叶叶片出口角对出水流道性能的影响

对低扬程大型泵站单管出水流道 ,水泵出口存在最优旋流 ,使水力损失最小 ,可以通过后导叶叶片出口角设计满足出流最优旋流要求。为此 ,提出了已建泵站和新建泵站泵后导叶—出水流道整体水力设计两种物理模型 ,目的是使流道水力损失最小。提出了平分分析法试验求解物理模型的方法和后导叶设计方法     

双向进出水流道模型试验研究

结合双向进、出水流道泵装置模型试验，重点对双向出水流道的过流特点以及流态进行了观测和分析。通过试验，比较了不同方案的优劣，同时提出了改善出水流道内流态的措施。该研究对同类泵站的水泵选型和流道设计有参考价值。     

清淤泵的水力设计与内流特性

目前我国河道污染极其严重,利用清淤泵完成水力治淤是定期治理河道的有效方法之一。文中首先根据速度系数法,并结合设计经验完成了一台低比转速清淤泵的水力设计计算,获得了各个过流部件的几何参数。在此基础上,采用ASMM模型对清淤泵内部的固液两相流进行了数值计算分析,获得了初步的内部三维流动特征。该研究结果将为后续进一步优化清淤泵提供很好的依据。     

南水北调东线工程刘老涧二站水泵出水流道试验研究

通过对刘老涧二站水泵模型装置2种出水流道型式的试验研究,选出最佳水泵装置,获得水泵的能量、汽蚀、飞逸和压力脉动特性,据此改善水流流场的流态,检验和优化水泵总装置水力性能,从而提高水泵装置的性能。     

钟形进水流道吸水室的后壁距研究

基于标准的k-ε双方程紊流模型,采用SIMPLEC算法,在贴体坐标系下,通过求解三维雷诺平均的Navier-Stokes方程,对半圆形和蜗形两种钟形进水流道吸水室内部流动进行了大量数值模拟,并在流场数值模拟的基础上对这两种吸水室的后壁距进行了研究,给出了具有较好流场以及出口流速均匀度的后壁距范围和最优值:半圆形吸水室后壁距XT=(0.8～1.2)D0,蜗形吸水室后壁距XT≤1.3D0,最优值均为最大值.     

基于CFD加油泵的内流场分析

为了解决ZCB90型加油泵加油过程中产生大量气泡的问题,按照实际加油泵的结构和参数,建立了加油泵内部流场三维模型,应用CFD软件对加油泵的流场进行分析,给出了加油泵内的速度场、压力场和流线分布图,对容易产生漩涡和负压处结构进行优化。结果表明,改进结构后,流场中漩涡区的分布减小,最低压力提高,降低了气泡和噪声发生的可能性。该研究为加油泵的优化设计提供了理论依据,为实际工作中优化加油机结构提供了思路。试验表明,优化后,加油过程中的气泡数量明显下降,验证了所提理论的有效性。     

矩形开敞式进水流道的优化设计及数值模拟

对某项目的矩形开敞式进水流道在两个不同运行工况下进行模拟分析,发现即使已采用了进水伞,矩形进水流道自由液面上仍存在大量的旋涡,并且旋涡向水下延伸,对水泵进口流动产生了不利影响。在流动分析结果的基础上对该矩形进水流道进行了两种方案的优化设计,模拟结果显示,两种优化方案矩形进水流道自由液面上的旋涡均减小,各工况下进水流道的水力性能均有不同程度的改善。对比两种优化方案分析结果,优选流道后壁形状为类似“ω”的优化方案作为最终优化方案,以为叶轮提供更好的入流条件。本次优化设计也可为类似的矩形开敞式进水流道设计及优化提供参考及依据。     

新型速冻机内流场的理论与试验研究

对一种新型食品速冻机风道内的流场进行了数值计算和试验研究。分析了不同进口风速下风道出口风速的均匀性。同时通过试验测定了实际系统中出口风速分布,发现模拟结果和试验结果有一定的差距,并对其原因进行了分析,提出了改进方法。     

基于内流场的能量回收透平的结构优化

基于叶片式水力机械工作原理,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机。为了对其结构进行优化,保证性能,使水能回收效率最大化,基于Navier—Stokes方程和标准的κ-ε双方程紊流模型,采用贴体坐标、非结构化四面体网格和SIMPLEC算法,对无导叶和有导叶的透平机在清水介质下的内部流场进行三维湍流数值模拟计算。研究结果表明：有导叶的水力透平机转轮叶片进口处速度环量、压力分布、叶片上的速度与压力分布以及吸出管内的流动状态都要优于无导叶的水力透平机,从而增加了转轮的能量转换指数。模拟结果为进一步研究能量回收透平机的结构提供了理论依据和实际应用参考。     

离心泵内流场空化特性的数值模拟研究

针对离心泵内流场特性分析困难的问题,对离心泵流场数值模拟的几何模型建立、模型网格划分和边界条件设定进行了研究,采用计算流体力学方法,获取了在敞水性能条件下离心泵的扬程-流量、效率-流量的变化关系;结合Zwart空化模型,重点对不同有效汽蚀余量时离心泵的空化流场进行了数值模拟,得到了离心泵的内部流线和空泡分布的情况,并与该离心泵机组进行了性能测试实验,最后在此基础之上进行了对比分析。研究结果表明,所采用的数值模拟方法和空化模型合理有效,此结果可为进一步开展离心泵空化监测技术研究提供借鉴。     

热固性塑料剪切粉碎机腔内流场数值模拟与试验分析

超细粉碎是实现热固性塑料高效回收的前提,为了研究粉碎机腔内的流场变化对粉碎效果的影响,简化了粉碎机腔的内部模型,并忽略其颗粒的影响,采用RNGk-ε双方程湍流模型和SIMPLER算法求解气相的N-S方程,针对粉碎机腔内的刀齿结构、内壁结构及粉碎机转速的几种不同方案,分析了数值模拟获得的粉碎机腔内的压力场和速度场,确定三螺旋刀齿和阶梯内壁结构作为试验专机设计方案进行试验,结果表明:物料在该条件下的粉碎能达到很小的粒径,粉碎过程中生成了自由基团,取样观察发现了团聚现象。