离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,并根据模拟结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

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。     

离心泵的空化流数值模拟与空化余量预测

空化余量是泵非常重要的性能指标之一,目前主要依靠试验来确定。如何在离心泵设计过程中较为准确地预测出必须的空化余量对优化设计和提高运行稳定性等方面十分重要。针对离心泵运行过程中发生空化时的流动特点,基于Rayleigh—Plesset方程来描述空泡生长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用混合空化两相流模型和三维全流道两相流流动数值模拟技术,探索通过数值试验来预测空化余量的方法。对一低比转速离心泵进行全流道空化流数值模拟,通过改变NPSHa来模拟试验工况,数值模拟预测出各模拟试验工况下的扬程、叶片表面压力分布、叶片表面空化发生区域以及流道内空泡体积率分布,从而预测该泵的NPSHr,其预测结果与试验值的误差小于10％。     

水翼非定常空化流场的数值模拟

采用修正的RNGk-ε湍流模型对8°攻角NACA0015水翼的非定常二维空化流场进行数值模拟,分析当空化数分别为1和1.5,对应雷诺数为3×105时绕翼型的非定常流动,得到不同空化数下的非定常空化流场结构及其演化过程的流动特性.计算结果表明,回射流在空泡的形成和发展过程中起着重要的作用.空泡首先出现于水翼的前缘,在其产生的位置形成一个顺时针的漩涡,漩涡沿水翼上表面向下游移动.空泡逐渐长大并脱落,在不同空化数下,空泡脱落的位置不同.空泡形成和发展过程中均伴有压力的波动,大空化数流场的压力波动幅度和频率都明显高于小空化数流场.     

基于缝隙射流原理的离心泵空化控制研究

为了改善低比转速离心泵内的空化流动状态,提出一种在叶片上设置缝隙的被动控制方法,探究该结构对空化的抑制效果及其控制机理. 采用数值模拟方法探讨结构对空化的抑制. 采用修正的SST k-ω湍流模型和Kubota空化模型,对原始叶轮和改型叶轮分别进行定常及非定常数值计算,获得设计工况下2种叶轮形式在各个空化阶段的流场结构及压力脉动特性. 计算结果表明：改型叶轮中经缝隙流向叶片背面的高压流体提高了叶片背面的压力,对空化初生、空化发展及空化剧烈阶段均产生了抑制作用,特别是空化剧烈阶段,与原始叶轮相比,其空泡体积分数减少了60.6%;与原始叶轮相比,改型叶轮内液相区的压力脉动主频幅值在各个空化阶段均有所下降.     

叶片包角对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片包角β对离心泵空化性能的影响,以100MP200单级单吸离心泵为模型,在保持其他叶轮几何参数不变的情况下,设计了4种不同包角β的叶轮,基于完全空化模型和RNGk—ε湍流模型对离心泵进行数值模拟,分析不同包角下叶轮流道内的空化性能和空泡体积分布规律。结果表明:叶片包角β对离心泵的扬程和效率有明显相关性,在叶片包角β=160°时具有最佳的扬程和效率;最佳包角为β=160°的叶轮具有最佳的抗空化性能,空化区域面积比其他三种包角叶轮有显著的减小。     

IS型离心泵内部流动的三维数值模拟

基于标准κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法,采用Fluent软件对一台IS型离心泵内部整个三维流场,在不同工况下分别进行了定常湍流计算,并分析了不同工况下内部流动的差异性,获得了离心泵各过流部件内的流动特生,发现隔舌的存在导致泵内流动呈现非对称性.在数值模拟的基础上,得到该离心泵的性能曲线,并与试验性能曲线进行对比,结果显示两者在总体上吻合.     

消能孔板空化特性的数值模拟

采用大涡模拟方法对消能孔板流场及空化现象进行了数值模拟,研究分析了消能孔板空化特性,计算所得的压力分布及空化特性与减压模型实验结果进行了比较,二者符合良好,计算结果表明,采用大涡模拟方法模拟空化是可行的,由于数值模拟不仅可以给出详细的流场物征,而且不受比尺效应影响,故可成为研究空化问题有力手段。     

基于正交实验的壅塞空化器数值试验

影响空化强度的因素较多,如空化器结构形状与参数的不同组合,系统水力参数的不同组合,以及它们之间的相互匹配等。基于正交试验的方法,利用Fluent软件对不同结构参数和水力参数的壅塞空化器进行数值模拟试验,建立在不同参数组合下以壅塞空化器内空隙率和背压力为特征的正交试验评价指标,研究各因素对壅塞空化器空化强度的影响程度。结果表明:影响空化强度的因素从大到小依次是流量Q、背压Pb、入口锥角、壅塞管直径d和长度L,最优壅塞空化的参数组合是流量为2.0 m3/h、背压为70 k Pa、入口锥角为35°、壅塞管直径为10 mm和长度为50 mm。     

离心泵汽蚀分析及性能改造

离心泵的汽蚀问题普遍,结合我公司公用工程循环离心泵汽蚀严重的情况,分析离心泵汽蚀现象产生的原因、汽蚀的类型和离心泵汽蚀现象的危害,了解减轻和防治汽蚀的措施,将解决方案运用到实际生产解决汽蚀严重的问题。     

叶栅流场尾迹中非定常涡系的数值模拟

叶栅通道内包含复杂非定常流动特征的涡系结构，二维直叶栅的尾迹涡系中粘性、尺寸效应十分明显，进行数值模拟时计算量较大，因此时分离涡产生与脱落过程的准确、清晰的捕捉要求有更高效率的数值解法。应用隐式格式、全场统一时间步长和Baldwin—Lomax紊流模型求解二维Navier—Stokes方程，时二维直叶栅流场非定常涡系进行了数值模拟分析，在大攻角、不同进口马赫数的2种工况下，通过对比分析不同时刻叶栅流场的熵和压力瞬态图，捕捉到分离涡产生与脱落过程，并合理地反映了紊流流动特征。通过计算结果看出，所采用的非定常粘性流动数值模拟方法有效，计算效率较高，能够较好地捕捉复杂的尾迹非定常涡系，较为清晰地反映叶栅流场涡系的形成、发展和消失过程，为进一步研究孤立转子和多叶排环境下的非定常流动效应提供了初步的基础。     

离心式纸浆泵内部流动的数值模拟

为研究小流量工况下离心式纸浆泵内部流动特性,采用Mixture多相流模型对某一离心式纸浆泵内部流动进行三维不可压两相湍流流动计算,并与清水工况的计算结果进行了比较。对比分析了不同流量工况及介质对泵内流体速度、压力和体积浓度分布的影响,并预测了水力性能。结果显示:纸浆泵叶轮流道内速度变化不均,存在大面积回流;相同介质时,流量越小叶轮流道内部流动越不稳定;相同工况下,清水介质下的流动较两相流时更为稳定;两相流时泵的扬程及效率整体都低于清水介质;纸浆分布局部不均,叶片表面进口处叶根和叶顶部位浓度较大,易造成局部磨损,降低叶轮寿命。     

带前置导叶离心压缩机非定常流动的数值模拟

利用CFX对无导叶和前置导叶大预旋角度下离心压缩机内部流动进行了数值模拟,分析了叶轮表面的压力分布规律.前置导叶正预旋40°的非定常流动计算结果显示,导叶及叶轮表面均发生了流动分离,导致流场内产生了较大的压力波动,波动主频率为2 422 Hz,叶轮流道内旋涡的周期性发展是导致叶片表面压力波动的主要原因.     

活塞往复泵内流场非稳态数值模拟

为提高空间液体火箭推进系统性能,满足航天任务的轻质需求,采用活塞往复泵对推进剂进行增压输送。采用动态层和局部重划2种动网格技术研究往复泵内的非稳态流场,分析了活塞挤压推进过程中内流场的压强分布,得到了往复泵的压强输出特性以及结构参数对往复泵平均流量的影响。结果表明:往复泵输送推进剂时压强升高迅速,其单向阀在活塞行程末端有效阻止了推进剂回流;双缸往复泵交替作用时,有利于对推进剂的平稳输出。     

船用离心泵的汽蚀现象与解决措施

通过对船用离心泵汽蚀现象的分析,阐述了离心泵汽蚀的危害,进而提出了避免离心泵产生汽蚀的措施,对船用离心泵轮泵的设计、安装和使用有参考意义。     

离心泵内流场特性分析

以一给定参数的具有扭曲叶片的中比转速离心泵为研究对象,绘制其二维叶轮轴面投影图、蜗壳断面图以及蜗壳平面图,并使用UG NX6.0软件对其进行三维建模,将由UG导出的parosolid格式的三维流体域模型导入到CFX中进行网格划分,采用ANSYS CFX12.1软件对其内部流场进行数值模拟及性能预测,得出离心泵在设计工况及几个典型的非设计工况点的扬程、轴功率等反映离心泵外特性的数值计算结果,用OriginPro 8软件绘制出流量-扬程、流量-效率曲线,表明该泵的扬程随着流量的增大而减小,效率随着流量的增大而先增加后减小。     

电测法预测离心泵汽蚀性能可行性

根据液体与气体的导电性不同，通过测量液流电阻判断液流中是否发生了汽蚀。理论分析表明，在特定工况下，液流电阻值是液流中汽泡浓度的单值函数。试验结果指出，液流的相对电阻值的转折点比３％扬程断裂点提前约９×１０３Ｐａ，比５％杨程断裂点提前约１．１×１０４Ｐａ。所作的研究表明，利用测定液流的电阻值不仅可以预测离心泵中是否发生了汽蚀，而且还能够判断汽蚀发生的剧烈程度，其定量关系的给出还有待测试方法的完善和试验数据的积累。     

节段式多级离心泵全三维湍流场的数值模拟

选取工业中常用的DF型多级离心泵作为研究对象,数值计算使用了FLUENT软件及其RNG k-ε湍流模型和多重参考坐标系,实现了节段式多级离心泵任意一整级（包括叶轮导叶在内）的全三维流场的数值模拟.模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动.液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低.计算结果得到了泵外特性实测值的验证.