内射流对离心泵进口流场及压力脉动影响

为探究内射流对离心泵进口流场及压力脉动的影响,本文以一台有内射流循环回路的模型泵为研究对象,采用数值方法对泵全流道进行定常和非定常计算。结果表明:无内射流时泵性能模拟与实验值基本吻合,设计点扬程误差在1%以内;有内射流时泵扬程略有下降,效率最大下降1.8%。内射流流量与射流孔轴向平均速度随流量增加而减小。内射流对泵进口流场影响显著,其存在使得进口段轴向速度、压力、涡量及湍流强度均发生变化。小流量时内射流对进口流场的影响范围更大。距射流孔越远,轴向速度梯度越小。进口段内射流流场呈周期性变化,压力脉动频谱图中存在的低频信号f=9.13 Hz为内射流轴向速度场周期变化频率。     

叶片包角对可逆式泵性能影响的数值研究

为了有效利用能源,将泵在透平工况下运行回收高压液体能量,是节能技术的研究方向之一。叶片包角是可逆式泵设计时的主要参数之一。以比转速72的离心泵为研究对象,分别对不同叶片包角的叶轮进行了泵和透平工况的全流场数值研究。研究结果表明:对于可逆式泵,存在最佳叶片包角使泵的效率最高。随着叶片包角的增大,泵工况下的流量扬程曲线更加陡峭,轴功率逐渐减小;透平工况下的扬程、轴功率逐渐增加,流量扬程,流量轴功率特性曲线越来越陡峭。流场分析结果表明,叶片包角的增加,有效的改善了叶轮内部流场分布,使泵内部的流场分布更加均匀,研究结果对于可逆式泵的设计具有一定的指导意义。     

自吸式旋涡泵内流场数值模拟与试验研究

为了解自吸式旋涡泵的水力性能和内流场分布规律,利用计算流体力学数值模拟和试验方法对某自吸式旋涡泵的水力性能和内流场分布规律进行了对比研究。水力性能模拟结果显示,自吸式旋涡泵的扬程值随流量的增大近似呈线性降低,在设计工况点,其扬程的数值模拟与试验结果相对误差约为3%,在偏离设计工况点的小流量和大流量时,该相对误差值逐渐增大。通过内流场分析可知,自吸式旋涡泵的泵体流道内部流速分布较为均匀,其中隔舌流道进口处存在一个流速较大的区域。基于模拟结果,沿着泵体流道监测截面A、B、C、D、E进行了流道内部的流体静压分析,其结果显示,不同工况下,流体静压沿着泵体流道内部监测截面同样地近似呈线性增长,显示了流体在泵体内部的加压过程。该结果为自吸式旋涡泵的设计优化提供了有效参考。     

环形自激振荡射流泵内部流动特性的数值模拟

将环形射流泵和自激振荡射流的优势相结合提出了一种新型射流泵,通过数值模拟的方法研究了不同流量比工况下新型射流泵的性能和效率以及流场内部流动参数的规律变化。结果表明:不同的工况条件对新型射流泵的性能有着较大的影响,最大泵效相比于传统射流泵增大了2%左右,确定了较优工况条件为0.48≤q≤0.7;随着被吸流量的增大,流场中压力系数逐渐降低,压降增大的同时也造成了部分能量损失;两股射流在自激振荡腔室入口处的混合区范围有着明显变化,各截面动量修正系数逐渐趋于稳定,在出水管处射流基本混合均匀。     

半开式叶轮与导流器间隙对自吸泵性能的影响

为分析射流式自吸离心泵的半开式叶轮与导流器前盖之间的间隙大小对其性能的影响,采用数值模拟的方法得到了4种不同间隙下射流式自吸离心泵水力性能、径向力变化规律、自吸过程泵内部气液两相分布及流动情况,结果表明:间隙大小对射流式自吸离心泵水力性能影响明显,随着间隙增大,泵扬程和效率呈明显下降趋势,额定工况点间隙为0.5时的扬程和效率相对于间隙2mm时的扬程和效率分别下降14.43%、7.07%;叶轮与导流器上径向力也随间隙增大而减小;叶轮含气率、导流器两个不对称出口及泵体出口的气相质量流率随间隙增大而降低.兼顾考虑水力性能、自吸性能及加工装配工艺,最终确定叶轮与导流器前盖的间隙为0.5mm.样机试验结果表明:在额定工况点扬程34.21m,效率55.29%,当自吸高度为5m时,自吸时间45s,达到设计要求。     

多相混输泵的流场模拟及样机研制北大核心CSCD

针对天然气水合物合成系统试验回路中的气液混输问题,提出了一种轴流式多相混输泵的设计。基于N-S方程和SST k-ω湍流模型对该多相混输泵的内部流场进行数值模拟,对比分析了纯水和进口含气率为50%时外特性的差异,揭示了内部流动规律。结果表明,纯水和进口含气量为50%的状态下,扬程均随流量的增大而单调减小;效率均随流量的增大而先增大后减小,在同一流量点,纯水时的效率比进口含气量为50%工况下的效率高约1%;轴功率均随流量的增大而单调减小,在同一流量点,纯水时的轴功率约为进口含气量50%工况下的2倍。同时制作了样机,应用于天然气水合物合成系统的试验回路中,验证了该混输泵具有较强的气液混输能力。研制的多相混输泵可应用于天然气水合物合成系统试验回路中或者其他高压环境下的气液混输场景。     

管道泵内部流场数值模拟和结构优化

针对某公司研制的TD150型管道泵在试验中出现设计点扬程偏低、小流量下噪声较大等问题,对泵内部流场进行了全流道数值模拟,提出了优化方案,对优化后的管道泵进行了性能及噪声试验,结果表明,试验和数值模拟结果相差较少,小流量下泵的噪声显著降低,额定点扬程明显提高.     

末级密封间隙对自平衡多级离心泵性能的影响

为了阐明不同末级密封间隙值变化对自平衡多级离心泵性能及其流动特性的影响,以某型号的自平衡多级离心泵为研究对象,基于泵的几何参数,建立4组不同末级密封间隙值的匹配方案,通过CFD软件对不同方案进行全流场数值模拟,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明:随着末级密封间隙值的增加,不同工况下整泵的扬程和效率逐渐减小,泵高效点向小流量点偏移;同时在设计工况下,低压区从首级泵腔向次级泵腔移动,次级泵腔的压力梯度明显,而首级泵腔的压力梯度减弱,导致泵的首级轴向力不断增大,次级轴向力先减小后增大,总轴向力大小增加,方向指向首级叶轮进口。     

肘弯形进水室管道泵内部流场的数值模拟和结构优化

针对某公司研制的TD150型管道泵在试验中出现设计点扬程偏低、小流量下噪声较强等问题,对泵内部流场进行了全流道数值模拟,据此提出了优化方案。对优化后的管道泵进行了性能及噪声测试,结果表明,试验和数值模拟结果相差较少,小流量下泵的噪声显著降低,额定点扬程明显提高。     

叶轮进口参数对立式泵汽蚀性能的影响

以立式自吸泵为研究对象，针对自吸泵的高抗汽蚀性能要求，通过数值模拟、样机试验验证的方法，探究叶轮进口参数对叶轮抗汽蚀性能的影响。研究表明：适当增大叶轮进口直径能有效提高立式泵抗汽蚀性能；增大叶轮前盖板半径有利于立式泵抗汽蚀性能；叶片进口宽度直接影响立式泵抗汽蚀性能。试验结果表明，文中所用设计方法可为立式自吸泵的水力设计提供参考。     

交错叶片对双吸离心泵性能特性影响分析

为了积极响应及实现国产化要求,对原进口泵进行整机国产化研制,通过数值模拟分析了叶轮叶片交错角度为0°、15°、30°时离心泵内的流态和压力脉动。结果表明:随着叶片交错角度的增大,小流量工况下,扬程值逐渐降低,效率值无明显变化;大流量工况下,扬程值和效率值逐渐增大;额定工况下,随着叶片交错角度的增大,压出室对称分布的两个单独流道同一位置处静压值逐渐增大,相对速度值逐渐减小,而叶片处的相对速度值无明显变化。压出室内压力脉动幅值随着叶片交错角度的增大出现明显的减弱现象。同一叶片交错角度下,随着压出室过流断面的增加,压力脉动幅值逐渐减小,隔舌位置处压力脉动幅值受动静干涉作用最大。站场运行结果表明,叶片交错角度为30°的国产泵较原进口泵振动值减小、耗能降低、泵运行平稳且效率高。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

核主泵叶轮与导叶能量转换的数值计算

基于连续性方程、雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对核主泵内部流场进行稳态数值计算,并进行试验验证。根据数值计算结果分析导叶、蜗壳内静压回收与总压损失、压力变化等特性。结果表明,数值计算性能预测结果与试验结果吻合;在小流量工况下导叶内总压损失明显大于蜗壳,两者变化趋势刚好相反,随着流量的增大导叶内的总压损失减小而压水室内的增大;在大流量工况下导叶内总压损失在总损失中占主要部分,随着流量的增大导叶和压水室内的总压损失变化一致,都增大;静压回收主要在导叶中进行,在蜗壳中静压回收小;导叶工作面与背面的压力随流量的增大均减小,在大流量工况时减小程度更大;叶轮流道内压力随流量的增大逐渐增大,并且在叶轮流道中后段压力分布不均匀,压力梯度大,最大压力位于压力面靠近叶片尾缘处;动静转子之间压力随流量的增大而增大,在大流量工况下压力梯度变化大。     

离心泵S形叶片流动特性及水力性能分析

对离心泵而言，叶片出口角β₂是影响泵性能的一个重要参数。基于Fluent离心泵全流场数值模拟，对某型号低比转数离心泵进行了大出口角叶形的改形设计，研究了不同大出口角对离心泵水力性能的影响，并对比分析了原模型泵与S形叶片离心泵水力特性及流动特性。结果表明：离心泵扬程随着出口角的增大而增大，在出口角为90°时达到最大值。当出口角为90°时，S形叶片的水力性能最佳，在设计工况下及大流量工况泵扬程显著提升且效率有小幅度提升，但小流量工况下泵效率略有下降。S形叶片可以有效抑制离心泵叶轮内的边界层分离现象，且随着流量的增大抑制效果越明显。     

炉水循环泵内部流动特性研究

炉水循环泵是机泵一体的高温高压无轴封泵,运用ANSYS-CFX软件对365WLB-965型炉水循环泵样机的内部流场进行数值模拟和试验验证。结果表明,在常温常压工况下,数值模拟与真机试验的扬程及效率变化趋势大致相同,扬程基本相符,模拟效率高于真机试验效率。在高温高压小流量工况下,叶轮内部存在少量旋涡,导叶内部旋涡较多;随着流量的增大,流动更加稳定,叶轮流域速度分布更加均匀,导叶内部旋涡越来越少;在1.2Q流量时,流动最为稳定;流量继续变大时,旋涡重新出现,但相对稳定;泵体内部流动紊乱,旋涡较多,局部存在低压区;球体截面直径减小的过程中,旋涡越来越多,旋涡随流量的增大逐渐减少,流动速度随流量的增大逐渐增大。炉水循环泵应避免在小流量区运行,可对其导叶进行优化设计来提高炉水循环泵样机额定工况下的性能。     

面积比原理在冲压泵设计中的应用研究

基于面积比原理对冲压泵叶轮出口与导叶进口的匹配进行设计与研究,采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了叶轮出口与导叶进口面积比和导叶进口与导叶到泵腔壁间环形进口面积比对泵内部流场和性能的影响.分别对5种不同面积比的冲压泵模型进行计算分析,结果表明:随着叶轮出口面积F2与导叶进口面积F3比值Y=F3/F2的增大,导叶进口流速越来越小,冲压泵的扬程和效率不断提高,当由Y=1.48增大到Y=3.49时,扬程和效率分别提高了约3.0％和2.0％.随着导叶到泵腔壁间环形进口面积F的增大,导叶出口的平均静压值先增大而后又下降,冲压泵的扬程和效率也先增大后下降,当F=1 680.4 mm2(F/F3=197.2％)时,扬程和效率都达到最大值.     

射流式自吸喷灌泵回流阀的研究

采用三维造型软件创建了射流式自吸喷灌泵全流场,运用Fluent软件模拟了泵在回流阀关阀、回流阀开启2种情况下的内部流场,预测了泵的扬程、效率.并对泵在回流阀关阀、开启2种情况下分别进行试验,结合数值预测结果与试验结果分析回流阀对泵性能的影响.结果表明,回流阀对泵的扬程、效率影响较大.     

超大面积比射流泵性能的数值模拟与流动分析

对超大面积比射流泵进行了三维数值模拟研究。采用Realizable k-epsilon湍流模型和标准壁面函数法,对面积比分别为57.4和60.05的单喷嘴射流泵进行了数值模拟和结构优化。基于数值模拟结果,对泵内压力和速度分布进行了分析。试验研究表明:对于超大面积比射流泵,随着流量比的增加,被吸流体阻力增加较快,导致压力比下降趋势不同于常规面积比射流泵的线性下降,从而呈现抛物线形式;随着面积比的增加,最高效率点右移,所需最优喉管长度也增大;对于超大面积比射流泵,工作流体进入喉管后仍有足够的空间进行径向扩展,其内部流场更近似于无限空间伴随射流。     

多级串并联离心泵运行特性研究

为了研究泵系统串并联的工作特性,设计了一种由3台泵组成的双进口、双出口的串并联组合形式,通过试验和数值模拟结合的手段对每台泵能量特性进行分析。结果表明,通过对工作模式3不同流量下各泵的流量进行监测,发现并联的一级泵之间流量分布规律并不相同,最大流量差为0.15 Q_d,两者之间流量差值随流量的不断增大呈现先增大后减小的规律;出口1的扬程与M2的扬程较为接近,最大差值为0.188 H_d,与M1的扬程差值较大,最大差值为1.139 H_d;出口2的扬程基本不随工况发生变化,但是受上游2台并联一级泵的混合流态影响会产生波动。研究结果可为离心泵复杂串并联系统的设计和改进提供参考。     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。