灯泡贯流式水轮机全流道压力脉动数值模拟

采用大涡模拟方法对灯泡贯流式水轮机全流道非定常湍流进行数值模拟,分析了额定工况和小流量工况下的压力脉动特征。计算结果表明:额定工况下,导叶前后、转轮出口的压力脉动主频为叶片频率,振幅最大值出现在转轮出口,尾水管内的压力脉动主频为转轮的转动频率,幅值相对较小;小流量工况下转轮出口产生偏心涡带,涡带旋转导致尾水管内产生低频压力脉动,低频压力脉动由尾水管向上游传递,幅值逐渐减小;额定工况下叶片上监测点的压力脉动频率为转轮转动频率的整数倍,幅值较小;小流量工况下,叶片上监测的点压力脉动幅值显著增大,脉动主频与次主频之和约为转轮的转动频率。     

轴流泵装置泵模式及反向发电模式压力脉动分析

为研究某立式轴流泵装置泵模式和反向发电模式的稳定特性，对该装置的泵模式和反向发电模式进行了全流道多工况数值模拟计算。通过数值模拟研究不同模式下的压力脉动分布规律，最终结果表明：泵模式下，最大压力脉动幅值出现在转轮进口前，约为转轮出口处的2倍。反向发电模式下，在轴向上转轮出口的压力脉动幅值最大，约为转轮进口处的2倍。两种模式下，转轮进口、转轮出口和导叶出口的压力脉动整体呈周期性，且主要受到转轮转动的影响。在频域方面，压力脉动主频为叶频，次频为主频的整数倍；与泵模式相比，反向发电模式下的压力脉动幅值整体更高，设计工况下反向发电工况压力脉动幅值高出约25%。研究结果可为泵站机组在泵模式和反向发电模式下保障其运行稳定以及改善压力脉动特性提供理论参考。     

核主泵内部流动干涉的瞬态效应研究

为了揭示核主泵叶轮和导叶的流动干涉效应,采用相似换算法和多参数匹配法,基于RNG k-ε湍流模型与块结构化网格,对缩比系数为0.5的模型泵进行非定常数值模拟。结果表明:扬程脉动幅值与运行工况有关,额定工况时扬程脉动的幅值最小,偏离最优工况时,扬程脉动幅值逐渐增大。导叶内部流道产生不稳定的流量脉动效应,大于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动瞬态效应不明显;小于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动趋于不稳定。考虑到机组的水力稳定性,运行工况应大于0.8Qd。动静干涉使导叶内静压分布呈现周期性脉动,导叶压力面平均脉动幅值最大,吸力面平均脉动幅值最小,压力脉动的周期与叶轮叶片数有关;导叶内静压分布与叶轮尾缘和导叶前缘相对位置有关,叶轮尾缘对导叶入口流动的阻塞效应,是诱发导叶内静压脉动的主要原因。     

轴流泵偏工况压力脉动和内流特性分析

轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时,流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动,影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象,对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨该轴流泵运行时的非定常流动特性。数值计算采用RNG k-ε湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与轴流泵性能特点研究结果一致。对0.2Q_d和1.0Q_d工况进行非定常计算,结果显示,相同位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,0.2Q_d工况下相同位置测点间的压力脉动峰峰值最大超过1.0Q_d工况下4倍,说明此时流道内的流态分布很不均匀。测点离叶轮和导叶越近,低频脉动的主频受动静干涉引起的3fn和5fn脉动幅值就会明显增强,0.2Q_d工况下流道内测点受动静干涉作用的影响更强,脉动幅值为1.0Q_d工况下相同位置测点的3～5倍,且在转轮和导叶流道内影响的范围更广。结果表明,0.2Q_d小流量工况运行时压力脉动比1.0Q_d     

S形轴伸贯流泵装置时变湍流场的脉动特性分析

为研究S形轴伸贯流泵装置时变湍流场内部压力脉动规律,应用CFD技术对S形轴伸贯流泵装置流道内部流动开展了三维非定常数值模拟,并将泵装置性能预测结果与模型试验结果进行了对比。获取了3种特征工况(小流量工况KQ=0.368,高效工况KQ=0.460,大流量工况KQ=0.552)时泵装置流道内部关键位置处21个监测点的压力脉动信息,并对其进行了时域和频谱分析。结果表明:进水流道出口处水流的脉动以叶片通过的频率为主,压力脉动幅值从流道壁面侧向轮毂侧逐渐减小。流量系数KQ从0.368增至0.552时,进水流道出口各监测点的脉动幅值随之减小。出水流道弯管段进口的平均压力系数幅值与流道中部的平均压力系数幅值相差不大,最大差值仅为0.0005,水流诱发的出水流道内部压力脉动较小。受导叶体出口环量的影响,相同流量系数时出水流道内各监测点的脉动主频差异较大,不同流量系数时相同测点的脉动主频也略有差异。     

小流量工况下混流式核主泵叶轮压力脉动分析

为探究小流量工况下混流式核主泵叶轮的压力脉动特性,基于计算流体力学方法,对核主泵迚行全流道定常与非定常数值模拟。寻找叶轮压力脉动的觃律,分析压力脉动的时域与频域特性,探究产生压力脉动的原因。结果表明,叶轮内压力脉动主要表现为叶频及其谐频诱发的振动,叶轮与导叶之间的动静干涉作用是叶轮内产生压力脉动的主要原因。叶轮叶片静压值以近似正弦的觃律变化,且主要集中于中低频压力脉动。随着流量的减少,叶轮叶片迚口处中低频压力脉动的幅值增大。若流量过小,整个叶轮的振动都将明显加剧。     

超低比转速离心泵非定常流动压力脉动特性研究

超低比转速离心泵内部非定常流场导致的压力脉动问题是影响其安全稳定运行的重要因素。本文研究了“S”型叶片超低比转速离心泵内压力脉动的分布特征及其对安全稳定运行的改善效果，采用SST k-ω湍流模型，对“S”型叶片和直叶片两种形式分别进行定常以及非定常数值模拟，得到泵内叶轮叶片及隔舌处的压力脉动特征，并进行时域及频域分析。结果表明：直叶片小流量工况下压力脉动幅值最小，而“S”型叶片在额定工况压力脉动幅值最小；两种叶轮均以叶片通过频率为主，低频特征明显。“S”型叶片叶轮在0.6Q_d(Q_d为设计流量)、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d四种工况下叶轮出口及隔舌处监测点压力脉动幅值均有不同程度的下降，下降幅度达23%～47%,说明与直叶片相比，采用“S”型叶片能有效降低超低比转速离心泵的压力脉动幅值，提高超低比转速离心泵运行稳定性。     

基于弱可压缩的水泵水轮机S区压力脉动分析

高水头水泵水轮机S特性会导致其在水轮机工况并网困难,严重时会引起机组的振动,对电站的安全稳定运行产生不利影响。为了研究水泵水轮机S特性工作区域的压力脉动情况,本文以国内某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,对水泵水轮机内部流动进行了全流道定常和非定常数值模拟,并分析了其稳定工况、小转矩工况、小流量工况以及反水泵工况无叶区和尾水管内的压力脉动特性。结果表明:S特性区静压波动比较大;在活动导叶与转轮之间的无叶区,考虑可压缩性的主频均为叶片通过频率,而不考虑可压缩性时,小转矩工况的主频为2倍频;考虑可压缩性的幅值稍大,但无论是否考虑可压缩性,特征幅值都是随着单位流量的减小先增大后减小,同时该区域14fn和21fn等高频压力脉动的幅值较小;尾水管内压力脉动的主频为fn、3fn和4fn,稳定工况的幅值最小,弯肘段和出口段其他工况的幅值为稳定工况的十几倍,与回流涡结构有关。     

超临界二氧化碳离心叶轮耦合优化设计

自循环机匣处理能够显著提升超临界二氧化碳离心叶轮小流量区域的气动性能,但对大流量工况附近的性能提升不明显。为此,考虑自循环机匣与叶轮关键参数的耦合效应,对机匣几何和叶轮叶片掠角实施耦合优化,实现了叶轮性能的全面提升。耦合优化后叶轮在大流量工况、设计工况及小流量工况下的效率分别提升了3.51%、2.60%、4.43%。耦合优化的扩稳增效机理为：在大流量工况下改善了叶片前缘进口攻角,减小了叶轮内部亚临界区,抑制了冷凝的同时改善了叶轮内部流通能力;设计工况下机匣的抽吸量增大,叶顶附近更多低能流体被移除,改善了叶轮下游流场结构;小流量工况下显著减小了叶轮内部堵塞面积,叶轮流动稳定性增强,同时改善了机匣回流造成的掺混损失,叶轮效率提升。     

大型立式蜗壳混流泵装置非定常湍流特性分析

采用RNG k-ε湍流模型封闭三维N-S方程,并在转动部件与静止部件间采用瞬态冻结转子技术(TRS)建立交界面,基于ANSYS CFX对大型立式蜗壳混流泵装置内湍流场进行非定常数值计算。通过非定常数值计算,获得了蜗壳压水室内部的非定常流动及漩涡情况,通过设置若干监测点分析了各过流部件内压力场的脉动幅值和频率,获得了作用于叶轮的径向力特性,并将定常计算、非定常计算预测的泵装置性能数据与试验结果进行了对比分析。结果表明:设计工况时泵装置内的脉动幅值及叶轮所受径向力相比大流量与小流量工况时均较小,各工况时进水流道出口断面的脉动主频为叶频,进水流道"ω"后壁对称测点的脉动情况基本相同,非定常计算预测的泵装置性能相比定常计算预测结果更接近于模型试验结果,但两者差异性较小。     

海水淡化高转速泵作透平的压力脉动分析北大核心CSCD

离心泵反转作透平是海水淡化能量回收一体机的核心动力部件之一,运行时的压力脉动是机组产生振动和噪声的主要因素之一。本文以高转速离心泵反转作透平为研究对象,采用SAS-SST-CC湍流模型,对其进行整机流道三维非定常流动数值计算,通过流场分析及压力脉动频谱分析,探讨该透平在运行时的非定常流动特性。非定常数值计算结果显示,蜗壳内多测点的压力脉动主频均为叶片通过频率,说明蜗壳内压力脉动主要由转轮和蜗壳隔舌间的动静干涉引起;旋转转轮域内8个叶片间流道中各布置了6个测点,各相似位置测点间的压力脉动峰峰值最大相差10.3%,说明对称的旋转转轮内的流动分布严重不均,这些旋转测点的脉动频率主要为叶频8倍频附近的主频或次主频,说明转轮与蜗壳间的动静干涉、叶片流道间的漩涡是引起转轮内压力脉动的主要因素,且局部漩涡引起的压力脉动强于转轮动静干涉造成的。结果表明,转轮内压力脉动比蜗壳内明显剧烈,旋转转轮内的压力脉动是机组振动主要水力原因。     

叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响

叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生,进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础,定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现：叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内,且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用;当叶顶间隙较小时,流量对叶轮做功性能都有明显的影响,而随着叶顶间隙的增加,流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小;当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时,随着进口含气率的增加,叶片吸力面压力载荷逐渐减小,而压力面的压力载荷略有增加,而当叶顶间隙为1.0 mm时,叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。     

空化对低比转速离心泵内流声特性的影响研究

为了研究空化对低比转速离心泵内流声特性的影响,采用数值模拟和实验测量相结合的方法,研究了其在不同空化数下的压力脉动和流动噪声特性,并对典型位置处的压力脉动频域特性及声压频率响应进行了重点分析。结果表明：随着空化的发展,泵内低频及宽频脉动加剧。临界空化时,1/6倍转频成为了叶轮进口处的压力脉动主频,蜗壳区域内叶频虽仍为压力脉动主频,但1/6倍转频已成为了较为显著的次频。动静干涉作用引起的压力脉动是流动噪声的主要噪声源。空化诱导的噪声为宽频噪声,且主要集中在1000 ~ 2000 Hz高频段内。叶轮旋转偶极子声源作用下的特征频率处声压级随着空化的发展而下降;蜗壳偶极子声源作用下的特征频率处声压级随着空化的发展而增大,且叶频倍频处特征频率逐渐被淹没在其高频宽频段中。该研究可为低比转速离心泵中探究流声特性变化规律、降低因空化而加剧的振动和噪声提供必要的依据。     

基于OpenFOAM的离心压气机流场数值研究

基于开源平台OpenFOAM建立离心压气机数值计算程序,分别使用SSTk-ω和Spalart-Allmaras两种湍流模型对带无叶扩压器的离心压气机进行了全流道数值模拟,从压力、速度、熵产等多个角度分析了离心压气机内部流场特性,探究了不同湍流模型对数值模拟结果的影响。结果表明:SST k-ω能更好地反映二次流、涡流、流动分离等现象,Spalart-Allmaras湍流模型中叶轮射流-尾流影响较大;由间隙泄漏流引起的低速区从叶顶前缘逐步发展到叶顶尾缘,最后进入无叶扩压器进行增压降速,形成了流动损失,降低了离心压气机效率;离心压气机内部高熵区主要集中在轮盖侧,轮盘侧相对于轮盖侧熵值较小,离心压气机流道内部熵值随叶高增加而增加。     

偏工况下气液两相离心泵喘振特性

当离心泵在小流量工况运行且传输介质为气液两相流时，含气率达到某一值时，会发生喘振现象，导致泵的扬程突降。本文采用计算流体动力学分析方法对一气液两相流离心泵进行了研究，通过对外特性曲线进行分析，发现了学者们所提到的喘振现象。为了提高离心泵在气液两相小流量工况下的水力特性，引入一种空腔结构，分析其对气液两相离心泵内部流场的影响及喘振的改善作用。结果表明：在气液两相喘振工况下，空腔结构可以改善叶片正背面的压力分布，均匀气液两相在叶轮流道中的分布，有效减轻离心泵的气堵现象。因此，空腔结构不仅在结构上可以平衡叶轮、减轻泵的整体质量，还可以减轻流场中气液分离现象，避免喘振的发生，提高泵的水力性能。     

珠江电厂300MW机组循环水泵增流改造

针对珠江电厂循环水泵供水不足、泵叶片强度不够等问题, 对循环水泵进行了增流节能技术改造。在不改变原水泵配套电机、泵壳和管道等的条件下, 将叶片安放角从原设计角度逆时针加大 3°, 且对叶片型面进行适当的修正, 同时将原组合式叶轮结构改为整体铸造结构, 并优化叶轮加工工艺, 通过这一系列的改进达到了提高叶片强度, 增加循环泵流量的目标。试验证明, 技术改造可提高电厂的经济运行水平和安全可靠性, 其经济效益十分显著。     

高比转速轴流泵叶轮与导叶的正交试验优化

高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低.为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性.先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析,对参数化后的控制尺寸设置控制因素,以水力效率为指标设计正交试验,并对正交试验结果...     

A design of a miniature ultrasonic pump using a bending disk transducer

If a pipe end is faced at a piston-vibrating surface with a small gap in liquid, the liquid is suctioned into the pipe. The present ultrasonic pump is based on this phenomenon to induce flow. For a low-profile configuration, we introduce a 30-mm-diameter bending disk driven by a ring-shaped PZT element bonded on the back of the disk. The disk vibrator is softly supported by frames via O-rings at its circumference, and is worked at the fundamental resonance frequency of 19 kHz of the bending mode. A pipe is installed perpendicularly to the center of the disk vibrator with a small gap. To improve the pump performance, we seek for the optimum vibration distribution of the disk vibrator. When the thickness around the disk center becomes large, the shape of the vibration distribution near the center approaches to a piston vibrator. If the flatness of the vibration distribution is defined as the vibration amplitude just under the pipe edge divided by the vibration amplitude at the disk center, it is 92.0% for the original bending disk. The flatness of the new design became 98.1% as a result of the optimization of the thickness profile of the disk. The pump pressure became high as the flatness became large when the gap size was small enough. The maximum pump pressure of 20.6 kPa was achieved when the vibration velocity at the disk center was 1.0 m/s and the gap size was 10 μm, while the maximum flow rate of 22.5 ml/min. was obtained with the input electrical power of 3.8 W.     

循环水泵高效节能叶轮三维扭曲叶片优化设计

基于叶轮的三元流理论,采用k-ε方程和标准SIMPLE算法对某叶轮的通流部分进行计算流体力学(CFD)流场数值模拟,通过分析通流部分的压力场、速度场,对叶轮进行优化设计。结果表明:通过对叶轮通流部分改造,可以有效提高叶轮的效率和对工况的适应性,降低水泵的电耗,实现水泵的高效节能。     

叶片安放角分布规律对液力透平性能影响研究

液力透平被广泛应用于高余压流体的能量回收.叶片安放角从叶片进口到出口的分布规律是关键部件叶轮设计的重要参数,具有不确定性和多样性.为研究叶片安放角分布规律对液力透平性能的影响,本文总结得到线性、下凹、上凸和3种形式多段线,共6种不同形式的叶片安放角分布规律.通过数值模拟和对比分析发现,6种方案的水头-流量曲线基本相同,...