一体式航空燃油离心泵内流场数值模拟

采用多块拓扑结构和八叉树格式构建的混合网格,通过数值计算对某型诱导轮与叶轮一体式离心泵内流场性能进行了分析研究,仿真结果表明:不同计算工况下仿真数据与试验数据扬程值误差小于1%、效率值误差小于5%,即所使用的数值方法能够准确地模拟该型离心泵性能和内流场。进一步的仿真分析表明:一体式叶轮进口长度较大使得各个流量工况下离心泵叶轮内压力有明显的非对称性;隔舌处叶轮通道内压力变化最为剧烈,且在大流量工况下压力低于其它流量压力;叶片压力侧固定位置处有低速团的产生,叶片背力侧入口附近也容易产生低速流团。     

多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析

为了探究离心泵内部非稳态流动引起的压力脉动现象及其特性,以某型多级离心泵为对象,建立了流场三维有限元网格.采用Fluent仿真技术,选用RNG k-ε湍流模型对离心泵流场进行非稳态数值计算,通过设置监测点,得到了不同位置处在每个时间步长下的压力值.运用FFT方法,对叶轮及蜗壳等主要流道监测点的压力脉动进行频谱分析,结果表明叶轮和蜗壳内的压力脉动主要集中在叶频及其倍频处,并且叶轮与蜗壳之间动静干涉对压力脉动有较大的影响.     

离心泵快速启动过程的瞬态水力特性——外特性研究

介绍了水泵瞬态试验装置和试验过程，对一台叶轮直径为125 mm的管道离心泵进行了试验，通过快速响应测试仪表和高速数据采集系统实现瞬态参数的采集。给出在4种不同管路参数下离心泵启动过程的试验结果，并与基于准稳态假设的结果进行比较。试验结果表明，在启动过程中，离心泵的扬程随着转速的迅速上升而迅速增大，并在转速最大时达到最大值，转速稳定后的瞬态性能与稳态性能完全对应。在转速到达最大前的瞬态过程中，后阶段的性能与基于准稳态假设的结果基本吻合；在启动初始阶段，无量纲扬程呈现很大值，继而迅速减小到低于准稳态假设值，表现出明显的瞬态效应。     

离心式水泵快速开启过程的瞬态效应分析

为了对离心泵快速开启过程的瞬态效应进行分析，根据动量矩定理分别推导转速稳定和不稳定时的离心式水泵基本方程式，给出了叶轮旋转加速和流体加速对性能影响的数学描述方程，为进一步理论分析和数值计算打下基础，并结合一台快速启动的混流泵进行实例分析.分析显示在启动初始阶段出现大附加扬程而在转速到达最大之后非稳态因素造成的扬程为负值，该过程表现出明显区别于稳态过程的瞬态效应.分析结果与实验基本相符合，该模型可以用来分析离心泵快速开启时的瞬态效应，并为进一步预测离心泵的启动瞬态水力性能打下了基础.     

离心泵叶轮内三维PIV测量实验分析

介绍了三维粒子图像测速仪的测试方法,对三维PIV测试技术的示踪粒子的定位方法进行了分析,并将其应用于离心泵叶轮内部流场的流速分析。通过实验得到了不同叶轮半径的叶轮内圆周与径向的速度分量和径向流面上速度矢量的变化以及二次流的分布情况,发现压力面的速度由低到高、吸力面的速度由高到低地变化,这种变化随着叶轮半径的增大,有较为稳定的趋势。实验结果表明三维PIV测试技术对离心泵内部流场流速的测量具有较好的效果。     

离心泵气液混输瞬态过渡过程水力特性研究

为研究离心泵进口管路因漏气而出现气液混输瞬态过渡过程的水力特性,采用Pro/E软件完成离心泵内部流道三维造型,利用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε两方程及SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件CFX对离心泵叶轮流道内的气液混输过渡过程的汽液两相湍流进行值模拟计算,并与试验结果进行对比.结果表明:离心泵发生含气量连续增大的气液混输过渡过程时,在离心力和惯性力共同作用下,叶轮进口的气泡相偏向叶片压力面的运动;叶轮流道内的气泡相的气体体积分数Cvol从零逐渐增加到一定值后急剧增加到最大值,缓慢下降到一定值保持不变;叶轮内部和出口处压力变化规律是先逐渐下降一定值后开始出现大幅度压力波动,而速度变化规律是逐渐变大到一定值后开始剧烈震荡.     

多级离心泵级间导叶影响的CFD模拟

为了研究多级离心泵内部各级间的相互作用与影响,采用RNGk-ε紊流模型,基于CFD方法借助CFX软件求解雷诺时均N-S方程,对多级离心泵内部流动进行三维流动数值模拟,获得了多级离心泵内部流场,分析了多级离心泵流道内的瞬时流动特性.模拟结果表明:流型的均匀性对离心泵各级效率有明显的影响;首级叶轮室进口断面的流速分布对整体多级泵叶轮径向力的不平衡分布影响甚大,在设计工况下,随着离心泵叶轮级数的增加,叶轮室进口断面旋度增大,多级泵的效率也随之降低,叶片径向力逐渐增大;多级离心泵内各级叶轮进口旋度随流量增大而增大,而叶轮径向不平衡力随流量减小而增大.通过对多级离心泵内部流动特性进行三维数值模拟,掌握多级离心泵内部流动规律,可以为离心泵的水力优化设计等提供理论指导.     

基于CFD的离心泵全流场非定常流动特性研究

为了研究不同流量下离心泵全流场内部非定常压力脉动分布特性,采用RANS方法和SSTk-ω模型对泵内非定常流动进行了数值计算.研究发现,不同流量工况下离心泵扬程和效率计算结果与试验结果的最大偏差在4％以内,验证了数值计算结果与试验结果的良好一致性.数值计算结果显示:小流量工况下,在叶轮多个流道内发现漩涡结构.由压力脉动的...     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

多级离心泵内部间隙流动与泄漏损失

为研究多级离心泵前后密封口环对整体水力性能和容积损失的影响,以某高压离心泵为分析模型,建立叶轮、导叶和密封环一体化的整体模型并进行了三维流场模拟,得到不同工况下多级泵的水力性能和口环间隙泄漏量,分析间隙内的流场结构.结果表明,考虑环形间隙结构的全模型性能预测结果与试验值取得较好的一致,在设计点附近的泄漏量预测值与经验公式计算结果接近.高压多级离心泵内部泄漏损失对性能存在明显的影响,间隙内的回流和叶片出口处的损失随流量增加而减小,相反地,叶轮入口处的损失因流量和间隙泄漏量增加而增大.     

利用强迫流示踪反演地下岩溶的空间维度

利用Fluent有限差分数值模拟软件,模拟饱水空间强迫流示踪中搅拌桨转速对示踪曲线的影响。试验结果表明:封闭岩溶洞穴流场中投源点处示踪剂浓度历时曲线转折点的出现时间随水动力条件的提升而提前,在一维岩溶洞穴中,与转折点对应的示踪剂浓度随水动力条件的提升而降低,二、三维岩溶洞穴中则会出现转折点对应的示踪剂浓度随水动力条件的提升而升高;在二、三维岩溶洞穴中,当水动力强度较小时,示踪剂运移的速率与水动力条件关系不大,且随其提升而稳定提升,当水动力强度较大时,示踪剂运移的速率则随水动力条件的提升呈非线性提升。故通过对强迫流示踪曲线形状的分析可以推断出地下岩溶洞穴的大致空间维度。     

Rotordynamic forces generated by discharge-to-suction leakage flows in centrifugal pumps

In order to investigate the flow-induced vibration in the shroud passage of centrifugal pump and predict rotordynamic forces of centrifugal pump rotor system,an analysis of rotordynamic forces arising from shrouded centrifugal pump is presented. CFD techniques were utilized to analyze the full three-dimensional viscous,primary/secondary flow field in a centrifugal pump impeller to determine rotordynamic forces. Multiple quasi-steady solutions of an eccentric three-dimensional model at different whirl frequency ratios yielded the rotordynamic forces. The skew-symmetric stiffness,damping,and mass matrices were obtained by second-order least-squares analysis. Simulation of the coupled primary/secondary flow field was conducted,and the complex flow characteristics in the flow field of a shroud passage were achieved including the mean velocity and pressure,as well as the eddy in a large scale of flow field due to viscosity. The rotordynamic force coefficients were calculated,and the results were in good agreement with those of experiment except for the direct inertial coefficient without the consideration of whirling forces from the impeller primary flow passage.     

离心泵叶轮内流体流动的有限元分析

应用有限元法,在二维、定常、不可压缩理想流体的假设下,对离心泵叶轮内流体的流动进行了分析,给出了叶片表面相对速度分布曲线及其压力分布曲线,反映了流体在叶片二侧相对运动及压力分布的不均匀性．     

高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响

为了研究高速列车弓网受流特性,考虑受电弓平均稳态与非稳态气动力影响,基于受电弓的非稳态空气动力学模型,采用均匀来流假设,运用计算流体力学(CFD)方法得到受电弓各部件的气动升阻力.将非稳态气动力时间平均,得到平均稳态气动力,并将具有一定脉动的受电弓非稳态气动力及平均稳态气动力分别加载至弓网动力学模型中,对比了2种气动力加载情形下弓网动力学. 仿真结果表明:在受电弓三质量块模型下,受电弓平均稳态与非稳态空气动力学对弓网受流的影响差别不大.进一步从受电弓非稳态气动力激励的振幅与频率两方面研究了其对弓网受流的影响,当外部激励振幅较大或频率与弓网系统频率接近时,弓网受流特性会受到显著影响.研究结果为将来考虑非均匀来流、横风等复杂气动条件下的弓网受流特性研究提供了基础.     

不同速比下纵摇运动对立轴叶轮的性能影响

浮式立轴水轮机在波浪中会发生纵摇运动,为了研究纵摇对立轴水轮机的水动力性能影响,将浮式垂直轴叶轮在波浪作用下摇荡运动的复杂模型简化为叶轮在均匀流中叠加简谐摇荡运动,应用ANSYS-CFX软件,采用动网格和滑移网格相结合的技术建立了垂直轴叶轮旋转和摇荡运动的数值模拟方法,并和在均匀流中的水轮机作对比,而且对水轮机的推力系数和侧向力系数的时历曲线用最小二乘法进行拟合分析,得到水轮机阻尼系数和附加质量系数.结果表明:纵摇运动下的水轮机效率会稍微高于均匀流中的水轮机效率;纵摇运动下的水轮机推力和侧向力波动幅值有大幅增加,对水轮机结构强度及疲劳效应产生不利影响;阻尼力是水轮机纵摇运动中的主要成分,附加质量力占的影响较小.     

基于流固耦合的离心通风机叶轮强度研究

考虑风机工作时叶轮变形对流场的影响和气动力对叶轮变形和应力的影响,采用软件CFX进行流场计算、ANSYS进行结构计算,以MFX - ANSYS/CFX为数据耦合平台,应用弱耦合方法对风机叶轮强度进行研究.计算结果表明:叶轮最大总变形发生在叶片吸力面的中间位置,最大等效应力发生在前盘;在风机不同的稳定工况下,叶轮最大等效...     

双吸离心泵叶轮空化流动预测的数值分析

基于CFD数值模拟和外特性试验并重的方法,结合RNG k-ε湍流模型、欧拉两相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用非结构化网格和SIMPLEC算法,对一台单级双吸泵内的空化流场特性进行多工况下的定常数值研究,得到以下主要结论:不同流量泵内部空化发展速度不同,小流量发展速度较慢,各阶段空化数相对较小,大流量时空泡发展速度更快;液体流经双吸式叶轮结毂处与双涡壳隔板起始端时会产生液体之间或液体与固体之间的相互作用,导致流体液流角发生变化,出现脱流与漩涡,使这些位置及附近区域由于能量耗散造成压力减小,进而导致空泡析出;此现象在0.6Q_d工况下最明显,说明小流量工况液流角更易发生变化。     

液力变矩器内部三维流动计算方法

系统地论述了三元件向心式液力变矩器内部三维流动计算方法。首先对各叶轮内部流场进行计算,画出其进出口压差与流量关系曲线,找到各叶轮的共同工作点,然后再考虑叶轮之间的影响,通过反复试算,逐步逼近实际工况点,较精确地计算出流场的压力和速度分布,并对性能参数进行预测。此方法以及揭示的压力和速度分布对该类型液力变矩器的设计与改进具有实际的指导意义。     

船舶静水航行水动力模型的简化及其应用

针对现有船舶水动力模型考虑因素多、通用性差的缺点,通过简化船体线形、忽略波浪和风向等复杂因素的影响,对船舶水动力模型进行研究。推导静水面船体的迎流区域范围,计算水流作用在船体微小面元上的动压力,得出整船水流总阻力计算模型。在此基础上,给出船体航行动力学模型,分析船舶在静水面航行中动力、水阻力和运动状态之间的关系。将该水动力模型应用于船舶稳定航行控制,结果表明模型具有较好的实用性。