高比转速离心式潜污泵空化特性研究

为研究高比转速离心式无堵塞潜水排污泵空化特性,本文针对一台350 QW 1500-16-90型排污泵运用CFD软件ANSYS CFX对不同叶片进口冲角时的空化特性进行模拟分析,做出性能预测并进行试验对比研究。结果表明:正冲角有利于提高高比转速离心式潜污泵的空化性能,随着叶片进口冲角的增大,对空化性能的影响是先变好再变差;泵的空化数值模拟预测与试验结果对比分析的相对误差在12.63%之内,表明CFD对潜污泵空化特性预测的准确性随着泵装置空化余量NPSH.的降低而降低,汽泡由叶轮叶片背面进口向出口蔓延,到临界空化状态时,在叶轮背面半径分别为0.1 1m和0.16m位置汽泡集中,最后在断裂空化点时在叶轮出口处堵塞流道。     

叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响研究

为了研究叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响,本文基于CFturbo和UG软件,利用CFX中的RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对比转速为185的离心泵分别探讨其叶片包角为90°、95°、100°、105°、110°时该离心泵的空化特性。结果表明,叶片包角对高比转速离心泵外特性有显著的影响,其泵的扬程随叶片包角的增大而减小,且小流量时随包角的增大效率增加,大流量时则反之;同时随叶片包角增大,进口低压区的面积增大,进口空泡体积分数减小,离心泵的内部流动更加平顺光滑,叶片背面的旋涡消失,叶轮流道内的流线越趋于叶片的形状;叶片包角大小与离心泵的进口湍动能呈负相关;说明包角越大,高比转速离心泵的抗空蚀性能越好。     

叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响

为了探究叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响,以某型号离心泵为研究模型,通过修改叶片包角和方格网流线构建了4组具有不同叶轮流道入口喉部面积的叶轮,基于RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4组模型泵方案的空化性能进行数值模拟。研究结果表明：在保持叶轮流道出口面积不变的前提下,叶轮流道入口喉部面积增大,初生空化余量NPSH_i与临界空化余量NPSH_r的变化存在相反的趋势,两者之间没有倍数关系;临界空化余量NPSH_r主要与叶轮流道面积的变化趋势有关,宽敞流道有利于降低离心泵的临界空化余量,提高空化严重时的断裂扬程;初生空化余量NPSH_i与叶轮进口几何形状有关,为获得较小的初生空化余量,在水力设计过程中,须采用使入口喉部面积减小的措施。     

诱导轮和离心泵叶轮内部空化流动数值分析

为了提高诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性,阐明诱导轮和离心泵叶轮几何参数对空化性能的影响规律,基于空泡可压缩性影响修正的RNG k-ε模型和改进的空化模型,对诱导轮和离心泵叶轮内部流场进行空化数值计算。数值结果表明:在小流量工况和额定工况下,空化性能曲线基本一致;在大流量工况下,空化特性曲线波动相对比较严重,空化性能较差。额定流量下泵蜗壳水力损失最小,小流量工况下蜗壳水力损失最大。临界汽蚀余量时,蜗壳水力损失突升。无空化条件下,随着前口环间隙值的增大,诱导轮扬程、效率和前口环间隙泄漏量增大,泵和叶轮的扬程、效率值降低,泵的空化特性曲线的稳定性变差,使诱导轮叶片出口液流角发生偏转,导致诱导轮和离心泵叶轮内部产生周期性的交变空化流。     

Y4-73离心通风机叶轮的高比转速优化设计研究

为了提高Y4-73离心通风机在大流量工况运行时的气动性能,在原通风机蜗壳不变的基础上,优化设计了一种高比转速叶轮,结合试验和数值模拟对其气动性能进行分析并研究了3种不同叶型对该风机性能的影响。研究结果表明,与改进前相比,高比转速离心通风机最高效率点向大流量工况偏移,虽然风机最高效率点的效率较原风机降低了3%,但在实际应用的大流量设计工况下,效率提升了10%。在此工作点下,改进后的高比转速叶轮与原蜗壳匹配性更好,叶片负荷提高,在靠近蜗舌和叶轮前盘处的流态有较大改善。当风机叶片为板型时,在设计工况下效率较薄翼型风机提升了1%。板型叶轮叶道内的流动分离现象有所减弱,尾迹损失小,叶轮出口气流角较大,使得叶轮出口处有效通流面积增大,从而提升了叶轮的做功能力,同时减小了蜗壳内的流动损失。     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

叶片安放角对无轴泵喷推进器性能的影响

为揭示叶片安放角对无轴泵喷推进器运行特性的影响规律,采用计算流体动力学方法对无轴泵喷推进器在不同叶片安放角内部流动进行了数值模拟,分析了泵外特性、推力、内部流场分布以及压力脉动的变化规律。结果表明：设计工况下随着叶片安放角的增大,模型泵喷扬程和推力逐渐增大,效率逐渐降低,相较于叶片安放角0°,叶片安放角为+4°时扬程增大5.99%、推力增大2.08%、效率降低7.6%;叶片进口边压力明显下降,叶轮内流体流速逐渐减小,叶轮出口漩涡强度逐渐增强,漩涡面积减小;叶片安放角的变化对于泵喷内压力脉动的主频没有影响,但对主频处的幅值具有明显的影响,尤其是轮缘和流道中部压力脉动。研究结果对于低噪声无轴泵喷推进器的设计具有一定的参考价值。     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。     

叶片包角对可逆式泵性能影响的数值研究

为了有效利用能源,将泵在透平工况下运行回收高压液体能量,是节能技术的研究方向之一。叶片包角是可逆式泵设计时的主要参数之一。以比转速72的离心泵为研究对象,分别对不同叶片包角的叶轮进行了泵和透平工况的全流场数值研究。研究结果表明:对于可逆式泵,存在最佳叶片包角使泵的效率最高。随着叶片包角的增大,泵工况下的流量扬程曲线更加陡峭,轴功率逐渐减小;透平工况下的扬程、轴功率逐渐增加,流量扬程,流量轴功率特性曲线越来越陡峭。流场分析结果表明,叶片包角的增加,有效的改善了叶轮内部流场分布,使泵内部的流场分布更加均匀,研究结果对于可逆式泵的设计具有一定的指导意义。     

引江济淮蜀山泵站立式混流泵装置模型试验分析

为确保蜀山泵站的水泵选型合理、泵装置水力性能优异,采用模型试验方法测试了立式混流泵装置在不同叶片安放角时的能量性能、汽蚀性能、飞逸特性,并进行了进水流道的压差测流试验。结果表明：蜀山泵站泵装置模型最高效率为85.30%,对应流量为326.12 L/s、净扬程为11.38 m、叶片安放角为-2°;设计工况叶片安放角为+1°,在此角度下,设计净扬程12.7 m对应的泵装置效率为84.60%、单机流量为43.37 m³/s、临界汽蚀余量为8.9 m,最低净扬程6.7 m对应的泵装置效率为72.47%,最高净扬程14.5 m对应的泵装置效率为81.63%;在最高净扬程14.5 m、叶片安放角-6°时,泵装置原型的最大飞逸转速为电机额定转速的1.91倍。     

汽车冷却水泵小流量工况下非定常空化特性研究

针对汽车冷却水泵的空化问题,对小流量工况下非定常空化特性及其对压力脉动的影响进行了研究。采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri (ZGB)空化模型,对水泵在典型空化状态下的流场进行了数值模拟研究,得到了小流量工况下叶轮内的非定常空化流动特征和空泡的时空演变规律;对蜗壳上的压力脉动进行了频谱分析,得到了不同空化条件对压力脉动的影响;通过泵的空化实验,对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着空化余量的减小,各监测点压力脉动峰的峰值和主频幅值逐渐增大,特别是隔舌位置处的压力脉动变化最为显著;泵内的空泡表现为不对称分布,主要集中在叶片前缘位置以及后盖板靠近叶轮进口位置,并随着空化的加剧,空泡体积分数逐渐增大。     

潜水排污泵叶轮水力设计改造

某污水处理厂潜水排污泵在实际运行中,实际运行工况大大偏离设计点工况,导致泵出现较强的振动现象,且潜水排污泵性能范围无法满足实际工况需求。针对此问题,对该泵叶轮进行了水力设计改造,改善水力性能,通过三副叶轮试验比较,择优选出的叶轮,满足了实际工况要求,扩大了潜水排污泵的使用性能范围。     

可调叶片轴流泵变转角工况的性能预测

简要介绍了可调叶片轴流泵叶轮设计安放角及变转角工况下最优工况点流量的计算方式。在零转角工况性能预测的基础上，进一步讨论了变换角工况下的性能预测。     

固相粒径对深海采矿矿浆泵空化特性影响的规律

针对深海采矿矿浆泵空化现象,研究固相粒径对其空化特性的影响。根据空化核子理论、质能方程建立气液两相之间的质量转换方程,运用Fluent软件和Singhal et al的空化模型对在不同固相颗粒粒径工况下的深海采矿矿浆泵进行稳态全流道空化仿真研究。分析叶轮叶片背面压力和气相体积分布规律,对不同区间气相体积分数进行统计,计算出不同颗粒粒径下泵的空化余量和扬程。研究结果表明:随着固相颗粒的增大,叶轮叶片背面入口处的低压区面积逐渐扩展,泵的空化现象趋于严重,扬程下降。当粒径为25 mm时空化余量陡降至最低1.11m,空泡分布广泛,部分区域体积分数高达0.9;粒径从10 mm到25 mm的过程中扬程下降了8.67 m;继续增大粒径,泵的空化性能有所提升,空化余量稳定在3.5 m,但泵的扬程在空化和颗粒磨损共同作用下继续下降至65.3 m。     

基于正交设计法的中比转速泵无过载优化设计

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,选取导叶喉部面积、叶片数、叶片包角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角、叶轮进口直径7个参数为变量,运用正交设计法制定七因素三水平正交方案L18(37),借助数值模拟方法对泵的性能进行预测,通过分析得到了几何参数对中比转速离心泵性能影响的主次顺序:叶片数对扬程和效率的影响起主要作用,叶片包角对轴功率的影响起主要作用;正交优化方案的数值模拟结果表明,该方案既满足无过载性能的要求,又保持了较高的效率,可为中比转速离心泵无过载设计提供参考。     

轴流泵叶轮出口速度矩采用不同的二次多项式分布规律时的特性研究

研究了轴流泵叶片设计中叶轮出口液体速度矩采用不同的二次多项式形式分布规律时，叶轮出口绝对速度圆周分速度、轴面速度、理论扬程、扩压系数、水力效率、汽蚀余量、叶片安放角等参数沿叶片高度分布的情况。采用了4种分布形式。研究表明，叶轮出口速度矩采用不同形式的二次多项式分布时。叶轮出口绝对速度圆周分速度、理论扬程、轴面速度和叶片安放角沿叶片高度分布均有较大变化。但汽蚀余量、扩压系数和水力效率沿叶片高度分布变化较小。分布3、4是比较好的分布形式。当必需汽蚀余量有要求时，分布3可以减小必需汽蚀余量5％左右；否则，分布4是比较好的。对于分布3，叶片安放角沿叶片高度分布可能出现拐点。通过增大k1，降低k2和增大k3可以避免出现拐点。对于分布3，k2位置的改变对叶片安放角影响甚微。     

梯形断面蜗壳式离心泵作透平叶轮的设计与试验

为提高非圆形断面蜗壳式离心泵作透平的效率,以一比转速为193的梯形断面螺旋形蜗壳式离心泵为原型,设计了适应此类泵作透平运行的透平专用叶轮。根据原型泵梯形断面蜗壳几何参数,依据面积相等的原则,推导梯形断面几何参数与当量圆断面半径的换算关系式;依据等速度矩定律确定叶轮进口速度矩,推导出叶片进口安放角与设计流量的关系表达式;对于叶片进口较宽的情况,在轴面投影图中划分三条流线,分别计算三条流线与叶片出口边交点处的出口安放角;基于ANSYS BladeGen与NX软件建立新叶轮的三维模型,制作试验叶轮,开展外特性试验,并进行数值模拟分析。结果表明:新叶轮将透平最高效率由71.9%提高到了77.3%,较原型叶轮透平最高效率提高了7.5%,且新叶轮在75~130 m~3/h的流量区间均能高于72%的效率运行,效率曲线较平坦,高效区运行范围宽。数值计算结果分析表明新叶轮进口能较好地适应螺旋形蜗壳的出流;从叶片进口到叶片出口,液体压能得以较均匀地转换,叶轮内的水力损失较原型泵叶轮内部显著减小。透平试验高效点与给定的设计流量一致,验证了该文提出的透平叶轮设计理论和方法是合理可行的。     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。     

双向轴流泵装置性能预测与内部流动分析

对一采用S形叶片的双向轴流泵装置进行数值研究,在不同流量工况条件下分析泵的正、反向运转性能,对该泵的瞬时启动过程进行了监测并对泵内的非定常空化现象进行了分析。研究表明,正、反向运转时,泵的性能存在明显的差异,反向的扬程和效率均高于正向;在泵正向启动过程中,叶轮背面进口边产生空化区,反向运转时未发生明显的空化现象;两种运转模式下,叶轮进出口断面上压力脉动特征频率分布相似,但叶轮进口的压力脉动幅值较高。     

YJSW315双涡轮液力变矩器优化改型研究

以YJSW315双涡轮液力变矩器为研究对象,采用三维流体数值计算分析方法,结合束流理论深入研究了叶片安放角与液流角之间的关系,探讨一级和二级涡轮叶片安放角的优化方案。研究表明,将一级涡轮叶片进口安放角变为64.5°,出口安放角变为25.9°,二级涡轮叶片外环进口包角变为78°,内环进口包角变为78°,进口安放角变为136.4°,出口安放角变为39°时,变矩器在低转速比(i=0.225～0.45)下运行的效率提高了3%～5%,启动工况变矩比由3.91提高至4.23。研究结果对YJSW315双涡轮液力变矩器的进一步优化改进具有较大的指导意义。