基于开缝引射流的离心泵空化流动研究

为确定不同形式的开缝对离心泵的影响,采用引射流技术对其进行了六种开缝设计,采用RNG k-ε湍流模型和改进的Kubota空化模型对其空化流动进行了数值求解。结果表明:在大流量工况下运行时,离心泵外特性突降的原因在于叶片发生空化后附着空化改变了叶片型线,堵住了整个流道,造成了叶片做功能力逐步丧失;选择合理的开缝宽度和角度,可以使叶轮流道内的流动更加均匀,湍流减小,提高泵的效率,还可以改善离心泵的空化性能,延缓空化的发生,降低泵的必需空化余量。     

叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响

为了探究叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响,以某型号离心泵为研究模型,通过修改叶片包角和方格网流线构建了4组具有不同叶轮流道入口喉部面积的叶轮,基于RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4组模型泵方案的空化性能进行数值模拟。研究结果表明：在保持叶轮流道出口面积不变的前提下,叶轮流道入口喉部面积增大,初生空化余量NPSH_i与临界空化余量NPSH_r的变化存在相反的趋势,两者之间没有倍数关系;临界空化余量NPSH_r主要与叶轮流道面积的变化趋势有关,宽敞流道有利于降低离心泵的临界空化余量,提高空化严重时的断裂扬程;初生空化余量NPSH_i与叶轮进口几何形状有关,为获得较小的初生空化余量,在水力设计过程中,须采用使入口喉部面积减小的措施。     

叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响研究

为了研究叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响,本文基于CFturbo和UG软件,利用CFX中的RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对比转速为185的离心泵分别探讨其叶片包角为90°、95°、100°、105°、110°时该离心泵的空化特性。结果表明,叶片包角对高比转速离心泵外特性有显著的影响,其泵的扬程随叶片包角的增大而减小,且小流量时随包角的增大效率增加,大流量时则反之;同时随叶片包角增大,进口低压区的面积增大,进口空泡体积分数减小,离心泵的内部流动更加平顺光滑,叶片背面的旋涡消失,叶轮流道内的流线越趋于叶片的形状;叶片包角大小与离心泵的进口湍动能呈负相关;说明包角越大,高比转速离心泵的抗空蚀性能越好。     

低比转速离心泵叶轮流道形状的参数化设计

离心泵叶轮流道形状直接影响液体在流道内的流动状态和叶轮叶片设计,针对低比转速离心泵叶轮流道．将其分为轴向通道、转弯通道和径向通道三个部分;以叶轮流道内液体流经断面均匀变化为目标对叶轮流道形状进行优化,得到优化的流道形状;通过对Auto CAD进行二次开发实现叶轮流道的参数化设计,提高离心泵叶轮水力设计的效率和准确性,有助于离心泵叶轮的设计。     

影响离心泵空化性能的因素分析

从实践的角度进行分析可知,叶轮叶片进口厚度、吸入室及叶轮进口流道表面粗糙度、叶片进口喉部面积、叶轮的材料的合理选择是改善离心泵空化性能的重要因素;叶轮入口参数的叶片进口面积比是影响离心泵空化性能的一个非常重要的因素。     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。     

叶片进口冲角对离心泵空化特性的影响

基于ANSYS CFX软件应用标准k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程对一比转数为89的模型泵在冲角变化时泵内的空化流场进行数值模拟.根据计算结果预测了模型泵无空化时的能量特性和空化时的空化性能,并分析了空化状态下叶轮中间流面上的空泡体积分布和叶片中间流线的载荷特性.研究表明,模型泵叶轮叶片冲角变化时,对设计点的扬程和效率影响不大,对于空化性能则存在一个最优值,不是冲角越大越好.     

高比转速离心式潜污泵空化特性研究

为研究高比转速离心式无堵塞潜水排污泵空化特性,本文针对一台350 QW 1500-16-90型排污泵运用CFD软件ANSYS CFX对不同叶片进口冲角时的空化特性进行模拟分析,做出性能预测并进行试验对比研究。结果表明:正冲角有利于提高高比转速离心式潜污泵的空化性能,随着叶片进口冲角的增大,对空化性能的影响是先变好再变差;泵的空化数值模拟预测与试验结果对比分析的相对误差在12.63%之内,表明CFD对潜污泵空化特性预测的准确性随着泵装置空化余量NPSH.的降低而降低,汽泡由叶轮叶片背面进口向出口蔓延,到临界空化状态时,在叶轮背面半径分别为0.1 1m和0.16m位置汽泡集中,最后在断裂空化点时在叶轮出口处堵塞流道。     

不同叶片冲角离心泵内流诱导振动噪声研究

基于离心泵流动诱导振动噪声的试验测试系统,测量了不同叶片进口冲角模型泵在全流量范围内的振动和噪声信号并对其进行了处理和分析。研究结果表明:叶片进口冲角存在一个最优值,使离心泵的性能最佳;模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,随着叶片进口冲角的增加,在各流量下模型泵噪声信号的轴频和叶频能量峰值均没有明显变化规律,但当叶片进口冲角为9°时,在1750～2250Hz频段内的噪声信号消失。     

离心泵快速开阀过程瞬态特性分析

为探究离心泵快速开阀过程瞬态流动特性,进行了非定常流场仿真.分析了瞬态压力、叶轮内涡流以及叶片表面压力脉动等变化规律,对优化离心泵性能及进一步研究泵阀启动流动分析提供参考.结果表明开阀过程泵出口压力先下降后上升;相同流量下,瞬态过程叶轮内部静压值低于稳态值,叶轮流道内漩涡数量和面积大于稳态值;叶片表面各监测点压力脉动表...     

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,根据模拟计算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。     

高抗气蚀离心泵内流场数值模拟研究（英文）

本文以同一工况下具有相同进出口尺寸的离心泵模型为对象,基于数值模拟的方法研究了子午面轮廓和长短叶片对离心泵的气蚀性能和水力性能影响。遵循抗空化设计准则提出有别于普通离心泵的三种高抗气蚀离心泵,其一具有驼峰型过水断面曲线,最大值在叶片前缘处以降低前缘冲击损失,减少空化影响。其二采用诱导轮叶轮一体化设计,安置分流叶片,长叶片在进口处螺旋形前伸,提前做功,使低压点前移。其三结合以上两种设计手段综合提高抗气蚀性能。采用多相流CFD模型预测三种模型泵在设计工况下的气蚀性能叶片载荷与气液两相分布间,并在无量纲空化数下分析了其气蚀性能。结果显示进口延长的螺旋形长叶片形成了类似诱导轮的效果,降低了整个叶轮对空化影响的敏感性。另一方面,单纯地扩展子午面流道虽然可以显著提高扬程与空化性能,但是却对整体效率产生了不利影响。     

长短叶片离心泵汽蚀性能数值模拟分析及实验研究

为提高离心泵的汽蚀性能,利用CFD数值模拟分析与实验研究相结合的方法对长短叶片离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部气液两相的分布规律进行分析研究,分析了3种不同短叶片进口直径在不同汽蚀工况时气泡分布情况对叶轮内部流动和性能的影响。分析结果表明:选择合理短叶片的进口直径可以有效提高离心泵的抗汽蚀性能,避免叶轮进口堵塞和流道内发生漩涡汽蚀。当汽蚀余量减小到一定程度,离心泵短叶片进口直径为0.65D2(D2为叶轮外径)时,在长叶片和短叶片的背面都会出现漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.75D2时,在长叶片背面与短叶片工作面间的流道内会出现两个漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.85D2时,离心泵的抗汽蚀性能最佳。     

大流量工况下离心泵非定常空化流动特性分析

为了研究在大流量工况下离心泵的空化现象,以及该工况下的空化与压力脉动关系,通过实验测试,在蜗壳内建立监测点进行数值分析,研究了大流量工况下,不同空化阶段离心泵的压力脉动情况,并且对离心泵的非定常空化流动特性进行了分析。首先,通过搭建离心泵闭式管路实验台,对离心泵外特性及不同程度空化情况进行了测试;然后,应用RNG k-ε湍流模型和全空化模型,对一台单级单吸悬臂式离心泵进行了数值计算,得到了空化流场和蜗壳上监测点P1～P5的压力脉动时域和频域特征;最后,基于数值计算结果,分别对叶轮内不同空化状态下,蒸汽体积分数、中间截面速度矢量分布以及监测点的压力脉动进行了分析。研究结果表明：随着空化的加剧,叶片吸力面的空泡区域不断扩大,对流道进口的堵塞作用逐渐增强,而蜗壳上各压力脉动监测点的主频也随之发生显著变化;因此,对泵蜗壳上压力脉动的监测和分析可为空化现象的判断提供参考。     

诱导轮叶片开缝对高速离心泵空化性能的影响

为研究诱导轮叶片表面开缝对高速离心泵空化性能的影响规律,设计叶片开缝系数k为0(叶片未开缝)、6.7%、13.3%、20%和26.7%五种叶片开缝方案。基于RNG k-ε湍流模型和Reyleigh-plesset空化模型对高速离心泵进行全流道三维数值模拟,对比分析了诱导轮截面内流线和压力分布规律、诱导轮内空泡发展过程及离心泵的空化特性曲线。研究结果表明诱导轮叶片入口轮缘处开缝可减小亦或是消除该区域的低压区,且对离心泵的水力性能的影响较小;缝隙可抑制并减小初生空化阶段空泡体积分布;开缝系数k对高速离心泵空化性能的影响存在最优值,该研究中开缝系数k=13.3%时,诱导轮的空化性能表现最优。     

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。     

不同叶片包角的离心泵试验与数值模拟

在离心泵叶轮的基本外尺寸(叶轮内外半径、叶轮进出口宽度、叶片进出口安放角及叶片数)和设计转速相同的情况下,采用三次曲线对叶片进行造型。设计叶片包角分别为59°、75°和91°的三副离心叶轮C1、C2、C3,其中叶轮C1与传统的单圆弧叶型非常接近。三副叶轮的同台试验结果显示,叶轮C2的最高效率比叶轮C1、C3的效率高1.28%、1.43%。采用数值模拟得到设计工况下三副叶轮内的相对速度场和各流道内的载荷分布,C1叶轮内有明显的回流区,且各流道内的载荷存在较大差异。研究表明：在叶轮外尺寸相同的情况下对叶片造型设计时,存在最佳的叶片包角,单圆弧叶型不是最佳叶型。     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

离心泵空化流场叶轮力特性研究

为进一步说明离心泵叶轮受力与空化作用的内在关联,计算以RNG k—ε湍流模型和Zwart-Gerbe-Belamri空化模型为基础,对一离心泵在两个流量(1.0Qo和0.46Qo)下的空化流动进行数值计算。结果表明:设计工况(1.0Qo)时叶轮径向力几乎不受空化作用的影响,小流量工况(0.46Qo)径向力幅值随空化系数的降低略有减少,发现流量对径向力的影响相比空化现象更为显著;两个流量下轴向力随空化的发展均出现增加,指出由空化作用引起的叶片及叶轮盖板内表面所受轴向力的减小,是导致整个叶轮轴向力增加的主要原因。     

叶片数对离心泵叶轮失速特性影响研究

为研究叶片数对离心泵叶轮失速特性的影响,以4种不同叶片数的离心泵叶轮为研究对象,采用改进的亚格子模型(Sub-grid scale model,SGS)对叶轮的内部流场进行数值模拟,得到不同叶片数的失速团的运动规律,以及失速频率、失速团个数、转速等特性参数。研究表明,叶片数对叶轮内部失速团的类型有显著影响,当叶片数为偶数时,会发生"交替失速"流动现象;当叶片数为奇数时,会发生"旋转失速"流动现象。另外,叶片数对失速团特征参数也有一定影响。当发生"交替失速"时,叶片数增多,失速团的数量也随之增多,失速频率也随之变化,4叶片叶轮失速团的失速频率约是6叶片的2.4倍;而当发生"旋转失速"时,叶片数增多,失速团的数量也随之增多,转速也随之增大,7叶片叶轮失速团的转速约是5叶片的1.8倍,失速频率是它的3.8倍。