双叶片螺旋离心泵的内部流场模拟

以双叶片螺旋离心泵为研究对象,选用k-ε标准模型,采用CFD软件Fluent计算双叶片螺旋离心泵的三维内部流场.通过对双叶片螺旋离心泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的流动冲击、间隙流等重要现象的分析,为双叶片螺旋离心泵的性能改善提供了可靠的信息.通过分析,提出了在设计双叶片螺旋离心泵时的一些改进措施.     

叶片仿鲨鱼鳍的导叶式离心泵数值仿真研究

针对导叶式离心泵内部流场流动不稳定的问题,运用仿生学技术和原理对鲨鱼鳍结构做了适当抽象处理,并运用在导叶式离心泵叶轮叶片前缘位置。对叶片仿鲨鱼鳍的导叶式离心泵内部流场进行了数值计算,研究了3个典型工况下离心泵内部流场的流动特性,得到了叶轮和导叶径向力的变化特性,进而分析了离心泵内部流场的湍动能分布规律,并进行了试验验证。研究结果表明:相比原模型,叶片仿鲨鱼鳍的导叶式离心泵改善了泵内流动特性,减小了泵内的湍动能分布;同时降低了叶轮和导叶的径向力,减弱了叶轮与导叶的动静干涉作用;仿鲨鱼鳍叶片减轻了导叶式离心泵内部流动的不稳定,明显提高了泵的扬程和效率等外特性参数。     

叶片出口安放角对离心泵内流场影响的研究

采用Fluent软件对离心泵的内部流场进行了数值模拟,分析了离心泵内压力和速度的分布规律,得到了叶片出口安放角对离心泵速度场和压力场的影响规律.     

螺旋离心泵叶轮离心段叶片对泵性能影响的数值模拟

以150×100 LN-32型螺旋离心泵为研究对象,选用标准k-ε模型,采用CFD软件Fluent计算了原形机和去掉了离心段叶片的模型机的三维内部流场。通过对两种叶轮泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的回流等重要现象的研究,分析了离心段的作用。针对以上分析结果,提出了在设计螺旋离心泵的一些改进建议。     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

离心泵叶轮内部流场模拟及其结构改进设计

叶轮是离心泵的关键部件,对泵的水力性能影响很大。利用Pro/E软件建立了离心泵叶轮的三维几何模型,并结合CFD仿真技术和Fluent软件完成了离心泵叶轮内部的流场数值模拟,得到了叶轮内部流场的速度和压力分布规律,流场分析结果为离心泵叶轮的结构设计提供了理论依据。最后,在流场模拟的基础上研究了叶轮叶片的出口宽度和工作面型线对离心泵性能的影响,给出了离心泵叶轮结构改进的建议:叶片出口宽度宜选为8mm,并采用先急后缓的叶片工作面型线较合适,改进后的叶轮水力效率提高了约3%。     

离心泵叶轮的三维流场仿真与分析

叶轮作为离心泵的核心部件,其质量直接关系着离心泵整个内部流场的分布,从而影响泵的工作效率。为缩短其研发周期并且提高其性能,文中对离心泵的内部流场进行数值模拟分析,计算得到离心泵内流场的压力分布、速度矢量分布图,分析检验离心泵的流动特性,为校验叶片型面的合理性提供了一种新思路。     

叶轮不同叶片对离心泵内流道流场的影响

对离心泵进行三维建模,并对内部流场进行数值模拟.采用"仿真-实验"法验证了六叶片离心泵流场仿真的合理性,研究了叶轮上不同叶片数对内流道流场的影响.数值模拟原理为大涡模拟,通过网格直接模拟大尺度的紊流运动,同时,利用次网格尺度模型来模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动所造成的影响.大涡模拟可以获得雷诺时均模拟法无法获得的流场细微图像.模拟结果表明:离心泵叶片数量过多,会使叶片表面摩擦力做功加大,使得离心泵出口处的总功减少,从而降低离心泵的扬程和效率.经过模拟实验研究分析发现,当叶片数为5时,离心泵流场的综合性能最好,运行效率最高,湍流强度低,流场稳定性最好.     

叶片交错布置对双吸离心泵外特性的影响

基于RANS方程、修正后的RNG湍流模型和壁面函数法,采用CFX软件分别对交错布置和对称布置叶片的高转速低比转速双吸离心泵进行了流场为三维不可压缩湍流流场的数值模拟,计算得到了各自的性能曲线以及叶片和蜗壳内的压力和速度分布。通过对比分析可知,采用交错布置叶片能有效降低泵的轴功率,且在设计工况和大流量工况提高泵的效率,能明显改善蜗壳内部流动特性,有效减小泵内气蚀的严重程度,增强离心泵的运行稳定性。     

叶轮背叶片对离心泵性能影响的研究与探讨

以IH100-65-250离心泵为研究对象,开展叶轮背叶片结构对离心泵外特性和轴向力大小影响的研究,利用CFD商用软件Fluent,对带有背叶片结构的离心泵内部流场进行了数值模拟研究,分析了内部流场分布状况,并根据模拟结果绘制水力性能特性曲线和轴向力曲线,选择一组方案进行试验研究,分析论证数值模拟结果的准确可靠性。研究结论可以为设计者自主开发设计轴向力平衡装置提供一定的理论依据。     

氟塑料离心泵性能预测及实验对比分析

以氟塑料离心泵IHF150-125-250为研究对象,运用流场计算软件FLUENT,对2种不同叶片形式叶轮氟塑料离心泵分别进行内部流场的数值模拟,同时在多功能水泵试验台上进行实验测试,将得到的外特性模拟预测数据与实验数据分别对比分析。结果表明,数值模拟的方法可以较好地对泵性能起到预测作用,改进后的扭曲叶片叶轮的氟塑料离心泵的性能优于现有的直叶片叶轮氟塑料离心泵。     

大颗粒下螺旋离心泵内运动特性数值模拟与分析

以150×100LN-32型螺旋离心泵为模型,采用欧拉多流体、RNG k-ε模型对其内部进行三维数值模拟。对比不同颗粒粒径以及浓度情况下固液两相流场,分析了在大颗粒情况下,固体颗粒在螺旋离心泵内的运动情况。通过固相体积分数、压力以及速度分布,得出了大颗粒固液两相流在螺旋离心泵内的运动特性。并以此为参照,分析大颗粒情况下螺旋离心泵磨损情况。     

基于叶片翼型负荷的螺旋离心泵叶轮域能量转换机理

为了研究螺旋离心泵叶轮做功原理以及能量转换机理,应用计算流体力学原理对100LN-7型螺旋离心泵进行数值模拟,由此获得螺旋离心泵叶轮域速度参数,在引入动静扬程和负荷系数基础上,将欧拉方程用速度表示,建立试验方案。在叶片负荷翼型理论下,应用欧拉方程将螺旋离心泵的能量转换与叶轮几何形状、尺寸联系起来,分析沿叶轮包角的能量变化,揭示螺旋离心泵叶轮域能量转换特性。结果表明叶轮作为泵内做功核心部件,其螺旋段螺旋推进作用提供了能量传递,离心段完成能量转换,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。其中,叶片翼型负荷中的升力对叶片做功贡献最大,这一结论对于提高螺旋离心泵叶轮水力设计具有重要的意义。     

螺旋式纸浆离心泵内部流动的数值模拟

为分析螺旋式纸浆离心泵内部流动状态,给优化过流部件结构的优化设计提供基础,采用CFD分析软件Fluent对螺旋式离心泵内部单相流动和固液两相流动进行了数值模拟。给出了螺旋式叶轮建模方法和流场分析方法,分析了泵内流体速度和压力的分布特性,并基于流动模拟结果预测了水力性能,单相输送条件下的计算结果与试验结果取得了较好的一致。通过对一定体积浓度和颗粒粒径下固液两相流的研究计算,分析了螺旋式离心泵叶片表面以及流道内的固液相分布状态,对螺旋式结构的优化具有一定的参考意义。     

基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

借助Pro/E造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型,利用Fluent流体分析软件对AY型离心油泵叶轮内流场进行模拟,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLY算法,利用Fluent前处理器GAMBIT网格建模,模拟出叶轮内流场的流动规律,初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布,获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。结果表明,Fluent数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动,为AY型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。     

Inverse Method of Centrifugal Pump Impeller Based on Proper Orthogonal Decomposition (POD) Method

To improve the accuracy and reduce the calculation cost for the inverse problem of centrifugal pump impeller, the new inverse method based on proper orthogonal decomposition(POD) is proposed. The pump blade shape is parameterized by quartic Bezier curve, and the initial snapshots is generated by introducing the perturbation of the blade shape control parameters. The internal flow field and its hydraulic performance is predicted by CFD method.The snapshots vector includes the blade shape parameter and the distribution of blade load. The POD basis for the snapshots set are deduced by proper orthogonal decomposition.The sample vector set is expressed in terms of the linear combination of the orthogonal basis. The objective blade shape corresponding to the objective distribution of blade load is obtained by least square fit. The Iterative correction algorithm for the centrifugal pump blade inverse method based on POD is proposed. The objective blade load distributions are corrected according to the difference of the CFD result and the POD result. The two dimensional and three dimensional blade calculation cases show that the proposed centrifugal pump blade inverse method based on POD have good convergence and high accuracy, and thecalculation cost is greatly reduced. After two iterations, the deviation of the blade load and the pump hydraulic performance are limited within 4.0% and 6.0% individually for most of the flow rate range. This paper provides a promising inverse method for centrifugal pump impeller, which will benefit the hydraulic optimization of centrifugal pump.     

Effects of Blade Number on Characteristics of Centrifugal Pumps

The blade number of impeller is an important design parameter of pumps,which affects the characteristics of pump heavily.At present,the investigation focuses mostly on the performance characteristics of axis flow pumps,the influence of blade number on inner flow filed and characteristics of centrifugal pump has not been understood completely.Therefore,the methods of numerical simulation and experimental verification are used to investigate the effects of blade number on flow field and characteristics of a centrifugal pump.The model pump has a design specific speed of 92.7 and an impeller with 5 blades.The blade number is varied to 4,6,7 with the casing and other geometric parameters keep constant.The inner flow fields and characteristics of the centrifugal pumps with different blade number are simulated and predicted in non-cavitation and cavitation conditions by using commercial code FLUENT.The impellers with different blade number are made by using rapid prototyping,and their characteristics are tested in an open loop.The comparison between prediction values and experimental results indicates that the prediction results are satisfied.The maximum discrepancy of prediction results for head,efficiency and required net positive suction head are 4.83%,3.9% and 0.36 m,respectively.The flow analysis displays that blade number change has an important effect on the area of low pressure region behind the blade inlet and jet-wake structure in impellers.With the increase of blade number,the head of the model pumps increases too,the variable regulation of efficiency and cavitation characteristics are complicated,but there are optimum values of blade number for each one.The research results are helpful for hydraulic design of centrifugal pump.     

基于CFD/CA的离心泵流动诱导噪声数值预测

基于Lightill声类比理论,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和计算声学(Computational acoustics, CA)相结合的算法对离心泵内部声场进行求解。基于SST k-ω湍流模型封闭雷诺时均方程,对离心泵内流场进行三维非定常计算。在流场计算的基础上采用边界元法对叶片偶极子源和蜗壳偶极子源的辐射声场进行求解,研究了蜗壳振动对声压级分布的影响,并搭建试验台对所提出的算法进行验证。结果表明,叶频及其倍频是流动诱导噪声的主要频率,隔舌附近监测点的压力脉动强度最大;声振耦合作用对声压级分布的影响不可忽略,模态振型所在的频率(580 Hz)下声振耦合作用的影响较大;泵出口场点的声压级比进口大,且均在叶频处最大,效率最高的工况点声压级最小;声场模拟和试验结果在趋势上基本吻合,最大相差3.1%,肯定了所提数值算法的预测作用,可为离心泵低噪声优化设计提供参考。     

Influence of blade wrap angle on centrifugal pump performance by numerical and experimental study

The existing research on improving the hydraulic performance of centrifugal pumps mainly focuses on the design method and the parameter optimization. The traditional design method for centrifugal impellers relies more on experience of engineers that typically only satisfies the continuity equation of the fluid. In this study, on the basis of the direct and inverse iteration design method which simultaneously solves the continuity and motion equations of the fluid and shapes the blade geometry by controlling the wrap angle, three centrifugal pump impellers are designed by altering blade wrap angles while keeping other parameters constant. The three-dimensional flow fields in three centrifugal pumps are numerically simulated, and the simulation results illustrate that the blade with larger wrap angle has more powerful control ability on the flow pattern in impeller. The three pumps have nearly the same pressure distributions at the small flow rate, but the pressure gradient increase in the pump with the largest wrap angle is smoother than the other two pumps at the design and large flow rates. The pump head and efficiency are also influenced by the blade wrap angle. The highest head and efficiency are also observed for the largest angle. An experiment rig is designed and built to test the performance of the pump with the largest wrap angle. The test results show that the wide space of its efficiency area and the stability of its operation ensure the excellent performance of the design method and verify the numerical analysis. The analysis on influence of the blade wrap angle for centrifugal pump performance in this paper can be beneficial to the optimization design of the centrifugal pump.