入口含气率对深海多相混输泵性能影响研究

该文以标准状态下的水(连续相)和空气(离散相)作为流动介质,基于Eulerian-Eulerian非均相流模型,在不同进口含气率工况下对离心式深海多相混输泵内部流动特性进行数值模拟计算,研究离心式深海多相流混输泵的内部流动特性。通过获得叶轮和扩压器内部相态分布情况以及液相速度流线图,探索气液两相流在混输泵内部的流动规律。结果显示:气液两相工况下,混输泵从首级到末级的增压能力变化趋势相同,不同含气率下,末级混输泵的增压能力变化更大,含气率越高对增压能力影响越大;在低含气率下整个流道内的气相分布很均匀,气相更多聚集在叶片吸力面及出口边附近且有沿着叶片吸力面向叶轮出口运动的趋势,当进口含气率大于10%后,叶轮流道内叶片吸力面处出现较为明显的相态分离现象;不同含气率下叶轮和扩压器内压力脉动幅值变化趋势相似,幅值随着含气率的增加不断上升,通过实验结果验证了数值计算所采用的计算模型和方法是可靠的。     

3级离心混输泵在气液两相流条件下流动特性分析

以深海3级离心式混输泵为几何计算模型,水和空气为研究介质,在进口含气率在0～20%条件下对泵进行三维全流道数值模拟,采用Eulerian-Eulerian非均匀流模型作为湍流计算模型,其中气相采用零方程模型。该次计算对3级泵外特性和内部气体分布、压力分布等内部流场特性。结果显示:随着含气率的增加扬程和效率均呈现下降趋势,且扬程和效率均随着进口气体含量下降速度加快。但是在含气率从0到1%时存在含气率增加,扬程和效率增加的现象。且气体在转轮内部的分布从进口压力面向出口出口吸力面发展,且随着进口含气率的增大,气液出现分离现象,且在转轮流道中出现断塞流现象。转轮各叶片的吸力面和压力面的压力分布在气液分离处出现负压现象。湍流强度的变化受到含气率的大小影响不同。     

气液条件下离心泵的气相分布特性分析及性能预测

以气液混输离心泵作为研究对象,采用N-S方程和欧拉-欧拉模型,对进口含气率为1％到10％时的气液两相流工质条件下进行全流道数值模拟,计算求解时采用混合网格对流体域进行离散,分析不同含气率下的外特性变化情况和叶轮流道的气相分布情况.结果表明:随着进口含气量的增加,泵的扬程和效率都有所降低,并且含气率越大,性能下降越快,气...     

含空间导叶的扩压器内部复杂流动的数值分析

该文以某多级气液混输泵为研究对象,采用混合模型进行数值模拟计算,探究了在4种不同进口含气率条件下,含空间导叶扩压器内部的复杂流动。结果表明：在不同进口含气率条件下,混输泵扩压器各流道内均产生了不同程度的通道涡,导致气体在扩压器导叶背面涡核中心附近聚集,从而降低了混输泵的运行效率。通过非定常数值模拟分析发现,随着进口含气率的增大,概率密度函数峰值不断减小,而低频段的压力脉动幅值逐渐变大。扩压器的轴向振动幅值远大于相同条件下径向振动幅值,且系统各方向的低频振动幅值均随着进口含气率的增大而增大,并在转轮叶频处振动幅值最大。分析结果显示：在气液两相流条件下,该混输泵扩压器各流道内产生的通道涡及气体聚集是导致扩压器内不稳定流动的关键原因;在低进口含气率条件下,系统主要表现为相对更加集中的脉动能量;扩压器内部不稳定流动及转轮转动是诱发系统振动的主要原因,且主要表现为轴向振动。     

离心泵内气液两相非定常流动模态分解与重构研究

为了深入探究离心泵内复杂的气液两相非定常流动，该文采用数值模拟并结合动态模态分解的方法，分析了3%和5%进口含气率下，叶轮内的不稳定流场，并对叶轮内气相体积分数和液相速度分布进行了动态模态分解和重构。主要结果如下：3%进口含气率时，叶轮内流场不稳定，分解后其1～4阶模态频率均为特殊频率，反映了气泡聚集和脱落对流场的扰动；5%进口含气率时，其1～4阶模态频率以叶轮转频及其倍频为主，反映了叶轮旋转对流场带来的扰动；动态模态分解法可以对流动规律明显的流场很好地实现重构，但是对于规律不明显的流场，其只能在主流大尺度层面实现降阶重构，对局部小尺度流动重构误差较大。     

低比转速离心泵空化性能的数值模拟

为了对低比转速离心泵空化发生时的内部气液两相流动进行分析,应用计算流体力学(CFD)软件对比转速为66的离心泵空化性能进行气液两相流场的数值研究。对不同有效空化余量时叶轮内部气泡分布的研究表明,泵在进口压力较高时就已经在叶片的进口背面产生空化初生,临界空化余量和许用空化余量时,气泡在叶片表面和流道内部均有分布,占据了部分叶轮流道,影响叶轮内部能量交换,并可能对泵造成空蚀。对该实型泵进行试验研究,验证了数值计算的精确度。     

叶顶间隙对气液混输泵水力性能的影响研究

该文以气液两相三级混输泵为研究对象，基于数值模拟研究了不同含气率下叶顶间隙对混输泵外特性、内流场、载荷分布及气相分布的影响，并通过与实验对比验证了数值模拟是可靠的。主要结果表明：随着叶顶间隙增大，混输泵扬程和效率均呈现下降趋势，纯水工况相较20%含气率工况下降幅度更加显著；虽然叶顶泄漏现象随着间隙值的增大逐渐加剧，但20%含气率时大间隙下叶顶间隙内流动比小间隙模型更加平稳；叶顶间隙使得叶片表面压力分布发生变化，含气率小于10%时，随着间隙值的增大叶片表面静压逐渐降低。当含气率大于10%以后，其变化较为混乱；合理的叶顶间隙能有效改善叶轮内的气相分布。就该文所研究的混输泵而言，叶顶间隙小于0.28%D(叶轮直径)时，随着间隙值增大叶轮内的气相分布越均匀。     

多工况下分流叶片离心泵非定常空化特性分析

为了进一步优化离心泵叶轮流道,提高离心泵的空化性能,对有/无分流叶片离心泵进行全流道三维非定常湍流空化数值模拟,分析0.4Q~1.0Q工况下泵的空化性能。结果显示:在空化充分发展的情况下,无分流叶片离心泵扬程对NPSH的降低比较敏感;添加分流叶片后,离心泵的扬程提高,叶轮进口部位的低压区域减少,叶轮内湍动能明显减小,泵的抗空化性能明显增强;随着流量的降低,泵的临界空化余量降低,但泵内发生严重空化的速率逐渐加快;当离心泵内发生严重空化时,空泡将堵塞整个叶轮流道。     

基于熵产理论的高速多级深井泵间隙泄漏流损失特性

为了解口环间隙尺寸对高速多级深井泵内部流动特性的影响,采用SST k-ω 湍流模型和精细化网格,研究了口环间隙对泵内部流场的影响,基于熵产理论详细分析了不同口环间隙尺寸下泵内部的泄漏流损失特性。结果表明:随着口环间隙尺寸的增大,泵的扬程、效率呈下降趋势；泄漏量的增加使得叶轮入口处的流态恶化加剧,但口环间隙尺寸增加到一定范围时,泄漏量的增加会有所减缓；湍流耗散熵产是泵流动损失的主要部分,腔体和叶轮进口是产生流动损失的主要区域,口环间隙尺寸对腔体内部的旋涡特性影响不大,但对叶轮进口和叶轮流道内的旋涡强度影响明显。     

双吸离心泵空化性能试验验证与数值模拟

对一台双吸离心泵的能量特性和空化外特性进行了试验测量,基于SST k-ω湍流模型及Zwart-GerberBelamri空化模型对双吸离心泵内部流动进行数值模拟,计算得到的双吸离心泵扬程曲线、效率曲线及扬程随有效空化余量变化曲线与试验结果吻合较好。数值模拟结果表明:随着有效空化余量的减小,叶轮内低压区从叶轮进口处向出口处渐渐扩大,叶轮内空化沿叶片吸力面从叶片头部向叶片尾部逐渐发展,并集聚在叶片吸力面顶部附近;泵扬程下降的主要原因是叶轮内空泡的阻塞作用,并叶轮内空化发展到一定程度时叶轮流道内出现旋涡区,使影响叶轮内部流态,导致泵扬程突降。     

空化对轴流泵叶轮能量转化特性的影响

为了研究轴流泵空化对叶轮内部流动特性以及能量转化特性的影响,结合SST CC k-ω湍流模型与均相多相流模型对轴流泵进行了非定常空化计算。结果表明:随着有效汽蚀余量的逐渐降低,轴流泵内空化体积分数逐渐增加,诱导叶片表面出现侧向射流与漩涡等不良流态,对叶片出口流场的均匀性产生不良影响;自叶片进口至叶片出口,空化区域内的液体相对速度较未空化时增大,绝对速度与静压较未空化时减小。沿轴向,在无空化与空化初生时,动静扬程先不发生变化,随着泵进口压力逐渐降低,当有效汽蚀余量a=5.33 m时,静扬程不变而动扬程出现小幅增加,泵的水力性能出现小幅上升;在a=4.71 m时,静扬程下降且下降幅度高于动扬程上升幅度,泵扬程效率明显下降。随着空化程度的进一步增大,动静扬程继续下降,轴流泵水力性能急剧下降。     

辐条控制技术对竖井贯流泵马鞍区水力特性影响的数值模拟

基于非定常雷诺时均(URANS)方法,采用曲率修正的SST k-ω湍流模型,对竖井贯流泵内部流场进行非定常计算,研究辐条控制技术对不同工况下竖井贯流泵水力性能以及水泵叶轮进口流场和压力脉动特性的影响。结果表明:在设计工况下,辐条控制技术对竖井贯流泵的水力性能和叶轮进口流场、压力脉动特性的影响不大;在马鞍区工况下,竖井贯流泵叶轮前进水流道的轴向速度降低,速度环量增大,并随着流量减小而产生大范围回旋流,造成进水流道堵塞,引起低频压力脉动幅值增大;辐条控制技术可有效抑制回旋流的强度,提高叶轮入流的均匀度,降低压力脉动幅值,有效改善竖井贯流泵马鞍区工况的水力性能。     

叶片数对高比转速离心泵固液两相非定常流的影响

为了探索叶片数在固液两相流条件下对高比转速离心泵非定常特性的影响情况,利用ANSYS CFX软件,采用Mixture多相流模型,对4种不同叶片数离心泵的固液两相湍流进行了非定常数值模拟,分析了叶片数对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力、压力脉动及径向力的影响。研究结果表明：① 随着叶片数量的增多,固液两相流离心泵的瞬时扬程增大,波动频率变快,蜗壳内及隔舌处的压力值越来越大,波动频率变快,脉动幅值反而越来越小,叶轮上的径向力会减小,隔舌处的径向力会增大;② 不同叶片数的固液两相流离心泵蜗壳内及隔舌处的压力脉动主频均出现在其叶频处;③ 叶片数为5时,是蜗壳的内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是叶轮上及隔舌处径向力大小增减速度快慢的分界点。     

叶片式泵内气液两相泡状流的三维数值计算

为研究旋转叶片式泵中的气液两相流动规律及泵性能，本文根据气泡泡状流模型提出了一个两相流三维数值分析方法。该数值计算由两部分的计算迭代完成，第一部分是已知含气率分布的连续相(液相)流场的计算。液相流动方程的三维数值求解采用了流面坐标迭代法。第二部分是已知液相流场后的分散相(气泡)轨迹的计算。气泡运动方程中考虑了流场压力梯度差产生的力、气泡周围液体产生的阻力及由于液相质量产生的惯性力等影响气泡运动的因素。通过对气泡运动方程进行数值求解，可得到泵内的含气率分布。再将两部分的计算进行反复迭代，最终得到收敛解。本文将该三维两相流数值计算方法用于多级螺旋轴流式增压泵叶轮的计算、设计。计算结果表明：从叶轮回转面上看，气泡运动转轨并不明显地偏离液相流线。然而从叶轮子午面上看，几乎所有的气泡，不论其初始位置如何，它们最终都移向轮毂表面。该三维两相流数值计算以其简单实用的特点，有望成为工程中气液两相增压泵的一种有效设计工具。     

隔板角度对水轮机式液力透平两相流动特性的影响

当水轮机式液力透平在两相工况下运行时,可以在蜗壳内设置隔板来改善透平内的气液流动,提高水力效率.该文基于欧拉-欧拉粒子多相流模型和可压缩气体模型,对蜗壳隔板延伸角度对水轮机式液力透平两相流动特性的影响进行了数值研究.数值结果表明,在15％含气率工况下,透平水力效率下降17％,过流部件损失主要集中在叶轮内.随着隔板延伸角...     

高扬程贯流泵湍流流动及流固耦合数值模拟

基于设计完成的高扬程贯流泵模型,应用Ansys Workbench软件,对高扬程后置灯泡式贯流泵内部的流动情况及结构静应力进行数值模拟,模拟讨论了在不同工况下的高扬程贯流泵运行时的湍流流动,在小流量工况下,贯流泵内部流态紊乱,会产生噪音及空化等问题;继而采用单向流固耦合的方法,模拟不同工况下泵叶轮部分的流动情况,最大等效应力随半径减小而增大,应力集中出现于工作面与轮毂交接处,形变则随着半径增大而增大,其最大值出现在轮缘处。在进行高扬程贯流泵优化设计时,需注意小流量工况时的流动特性及叶轮根部的强度校核。     

水泵叶轮三元流技术研究与应用

采用离心泵叶轮三元流节能技术扩大离心泵的高效率工作点,使其与泵的实际工况相近,提高离心泵效率.结果表明,将叶轮入口截面增加40%,叶轮出口截面增大52%,节电率达到20.9%,该厂年节电潜力约为73.27 7Y kW·h,节能效果显著.     

轴流泵不稳定流场的压力脉动特性研究

流场压力脉动是影响大型轴流泵运行稳定性的关键因素,本文采用时间相关的瞬态流分析理论及大涡模拟方法研究轴流泵内部非定常流动,得到了不同工况下泵内水压力脉动结果。通过与实测扬程和功率对比,证明本文所提出的方法可较准确地反映泵的流动特征。研究表明,轴流泵内最大压力脉动发生在叶轮进口前,压力脉动频率主要受叶轮转频控制;在叶轮进口与出口处,从轮毂到轮缘压力脉动逐渐增大,而在导叶中间及导叶出口处,结果正好相反。偏离最优工况越远,脉动的相对振幅越大,在60%流量工况下泵内压力脉动约为最优工况的2倍。     

虹吸式轴流泵装置固液两相流数值模拟

为研究轴流泵输送含沙水流时的工作性能,基于Euler多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵装置内固液两相流动进行数值模拟。重点分析了0.8、1.0和1.2倍设计流量条件下轴流泵装置在含沙工况和清水工况的能量性能和流态差别。同时,进一步探究了不同固相颗粒直径和浓度对装置内部固液两相流动的影响规律。结果表明:同一流量条件下,含沙工况下的泵装置效率和扬程都比清水工况低,且导叶体和出水流道流态较清水工况差;随着固相颗粒直径的增加,叶轮叶片壁面处颗粒体积分数逐渐增大,且颗粒体积分布均匀性越差,固相颗粒主要集中于叶片压力面进口处及吸力面靠近轮缘处;而随着颗粒浓度的增大,叶片表面及导叶表面固相颗粒分布的均匀度变差,固相颗粒主要分布于靠近叶片压力面进口处、吸力面靠近轮缘处,导叶处流态变差。研究结果可为轴流泵装置的优化设计提供一定参考。     

基于FINE的离心泵叶轮水力性能数值模拟与试验对比

应用NUMECA公司的FINE软件,采用Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型,对两种离心泵内部流动进行数值计算,得到叶轮内流场在3种不同工况下的流动分布。结果表明:增加叶轮叶片能有效的改善液流的流动稳定性,对提高整个泵的高效区范围和扬程有显著作用。数值模拟可以准确的对离心泵内部的复杂三维流动与水力性能进行有效预测。