轴流式磁悬浮血泵流场数值模拟及溶血预测

血泵流体动力分析是研发先进人工心脏泵的前提,血泵叶轮旋转时会对血细胞造成不同程度的机械损伤,从而导致溶血和血栓,严重时甚至危及患者生命。以设计的一种轴流式磁悬浮血泵为例,结合计算流体力学和结构优化设计,采用κ-ε模型、动网格技术和用户自定义函数技术,在轴流式磁悬浮血泵内部三维流场数值模拟的基础上,分析轴流式磁悬浮血泵流道的剪应力分布,探索血液流量与叶轮转速的关系,利用粒子追踪法获取血液细胞流动轨迹,建立一种轴流式磁悬浮血泵的溶血数学模型,阐述轴流式磁悬浮血泵溶血性能预测的方法和机理。研究结果可为轴流式磁悬浮血泵的结构设计和降低溶血提供重要依据。
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微型轴流式血泵叶轮流场CFD计算分析

通过对人工血泵中血液的流体动力分析,计算血液流场的结构和流动性能,可以较好地了解设计血泵的血液流动和流场对血液造成的损伤。本文通过对一种微型轴流式血泵叶轮流场采用CFD方法进行了计算和分析,结论:计算了该叶轮在满足正常人体供血时的工作转速和驱动功率,为磁耦合驱动的设计提供了理论数据;血液经过螺旋叶片,速度分布梯度变小,有利于血液的均匀流动,减少了对血液的破坏,叶轮流场结构基本合理。但是,叶轮边缘间隙处存在局部高剪切区,由于局部压差的存在,流场在出口处出现局部回流。     

基于主动转速调制的离心旋转血泵流场分析

为研究血泵主动转速调节对血泵内部流场以及血液损伤的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法模拟血泵在转速调制下的全流道内部流动。通过集总心血管系统数学模型和旋转血泵模型的联合数值模拟得到血泵辅助条件下的心室和主动脉压力,并设置为血泵CFD模拟的进出口边界条件。分析了匀转速以及正弦波、方波、三角波三种异步转速调制波形下的血泵流场情况,得到了旋转血泵的速度分布图以及剪切应力分布图。结果表明,转速调制下血泵的流量脉动得到了增强,是一种恢复血流搏动性的可行方案。三种速度调制波形中,正弦波转速调制下的血泵流量脉动指数高且血泵内剪切应力小,是相对理想的转速调制波形。     

后置灯泡贯流泵三维紊流计算

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法研究某一后置灯泡贯流泵内部的三维流场,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法对泵叶轮、导叶和进出水流道内的流场进行数值模拟.分析最优工况下装置纵断面的流速和压力分布以及叶轮出口、导叶出口和灯泡体尾部的流速分布情况.着重研究小流量工况、最优工况和大流量工况等不同工况下叶片压力面、吸力面的静压分布以及各断面翼型附近的相对流速分布.同时还计算贯流泵装置各种构件的水力损失,发现导叶体和灯泡体段在水力损失中所占的比重较大.将数模计算结果与模型试验的泵装置性能数据进行对比,结果表明数模计算结果跟试验数据在高效区附近吻合较好,在小流量和大流量工况下存在偏差.采用CFD方法对灯泡贯流泵装置内部流场进行数值模拟可以为泵装置进一步设计优化提供依据.     

轴流血泵流场分析与结构改进

为研究轴流血泵结构对溶血的影响,采用计算流体动力学(CFD)仿真技术对两片尾导叶血泵的流场进行仿真,根据压力、流速及剪应力分布,分析了流场内血液的流动状况以及产生溶血的原因和可能出现溶血的区域。在此基础上将尾导叶改为三片尾导叶结构。结果表明:三片尾导叶血泵内部回流减少,压力、剪应力明显减小,更符合血液动力学要求,可以有效降低红细胞破损的概率,抑制溶血产生。研究方法为轴流血泵的设计和结构优化提供了参考。     

矿浆泵内转速对固液流体速度矢量分布的影响分析

为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响,应用欧拉模型,RNGκ-ε(Renormalization-groupκ-ε)湍流模型及SIMPLEC算法,对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟,研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明:随着转速n的增大,叶轮流道区域内的边界层更易分离,过流能力减弱,在叶轮出口处,射流-尾迹结构越强,水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈,此区域流动愈加混乱,在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大,混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了,增大了过流能力,减弱了水力损失。     

混流泵径向正导叶的水力设计

本文按照指定的结构型式为工厂现有的混流泵叶轮配制径向正导叶,以导叶的水力设计过程说明利用设计软件进行导叶水力设计的方法。利用软件设计时可以给定来流冲角,调整叶片角分布,精确控制载荷分布,在最大程度上降低了导叶水力损失。CFD流动计算分析结果表明整台泵水力性能可以满足使用要求。     

二回路主循环钠泵叶轮与导叶叶片数匹配规律对水力性能影响的数值研究

本文利用CFD软件针对二回路主循环钠泵叶轮与导叶叶片数匹配关系对水力性能的影响进行数值模拟的理论研究。以本公司水力库中水力模型的模型泵为研究对象,基于此泵的要求及几何参数,拟定了叶轮叶片数和导叶叶片数的多种匹配方案,选出了三种较好的匹配方案,通过数值方法计算出三种方案的水力性能,结果表明叶轮叶片与导叶叶片数以6比10匹配的水力性能最好,并用水力模型对此进行了试验验证。     

基于ANSYS／FLOTRAN CFD的碱泵设计与试验

应用ANsys／FLOTRAN CFD软件,对碱泵叶轮内三维湍流进行了数值模拟,分析了叶轮流道内流场分布规律,得出双“S”形叶轮宽流道有利于粘性介质输送的结论。采用加大流量系数法,分析叶轮各几何参数对泵的通过性能和效率的影响,并提出水力设计方法。试验结果表明,双“S”形叶轮碱泵流量一扬程曲线平稳,无驼峰,满足设计要求,为小流量超低此转速用于输送高温,强腐蚀、黏性介质泵的设计提供了设计参考。     

多级泵内部流场的三维数值模拟及性能预测

利用CFD软件Fluent对多级导叶式清水离心泵的内部流场进行了数值模拟,得出了叶轮及导叶内部流道的速度和压力分布规律,并发现了叶轮进口回流,出口的二次流动特征等叶轮内部流动的细节,导叶出口区产生了一个低压区等流动特征。然后根据自编计算软件利用计算得到的速度场数据计算出泵的扬程、功率、效率和流量之间的关系曲线,并与试验数据进行了比较。结果表明:在设计工况附近,预测值与试验值吻合较好,在其它工况点,特别是小流量工况点,误差较大。     

冲压泵叶轮叶片与盖板间间隙对泵性能的影响

采用CFD数值模拟和试验研究相结合的方法,对冲压泵叶轮叶片与盖板间焊接间隙与泵水力性能的关系进行了研究,针对五种不同焊接间隙值对叶轮内部流动特性及水力性能的影响开展了深入研究.研究结果表明:随着叶片与盖板间间隙值的增大,叶轮出口到导叶出口的整体静压值不断降低,叶轮增压作用下降,叶轮各流道间出现窜流和二次回流,泵的水力性能也不断下降.当间隙值δ=1mm时,扬程和效率下降最大,分别为2.13m和13.7％.研究结果对产品的设计与制造具有一定的指导意义.     

圆柱形叶片潜油离心泵流场的三维数值分析

采用CFD方法研究了潜油离心泵的内部流场，讨论分析了3种不同工况下叶轮和导轮的数值计算结果。数值模拟捕捉到了离心泵内部许多不良流动现象，探讨了影响离心泵效率的原因。泵在设计工况有着良好的流动性能，在非设计工况出现了不良流动现象，影响了泵的效率。计算结果还显示：潜油泵叶轮有较好的水力性能，而潜油泵导轮的水力性能是不完善的，效率较低。     

基于CFD的重型石油化工流程泵的水力优化及改进

针对中石油乌鲁木齐石化分公司现场一台重型石油化工流程泵空化性能差,在小流量区域振动超标的问题,通过应用CFD仿真技术对泵内部流场进行数值模拟,分析泵内部流动情况和规律,有目的性地优化泵叶轮水力,使用快速成型技术对叶轮进行精密铸造,并完成整机性能试验。将性能预测值与试验值进行比较,结果表明基于CFD的数值模拟可以实现对离心泵的性能预测,在产品设计及工程应用中具有广阔前景。     

基于Fluent的深井泵三维湍流数值模拟研究

以150QJS20型精铸不锈钢井泵为研究对象，以清水为介质，基于雷诺时均Navier-stockes方程和标准双方程湍流模型，利用CFD软件（nuent6．2．16）对其进行定常数值模拟计算，对设计流量工况下叶轮及导叶中间截面的内流场进行分析研究，揭示了其内部流动的主要特征；预测了泵的水力性能，并与性能试验测得的流量—扬程、流量一效率及流量一功率等特性曲线进行对比分析；研究结果表明数值模拟计算预测与试验结果趋势一致，可用于指导实际工程。     

CAP1400屏蔽电机主泵高效水力模型研发

大型三代先进压水堆核电站最后一个难度最大的重大装备CAP1400大功率屏蔽电机主泵正在国产化研制,关键水力部件叶轮和导叶的水力设计是核主泵科学研究中的一项重点也是难点。基于前期相关研究基础,研发设计比转速约105的混流式缩尺(1∶2.5)高效水力模型,探讨模型建立、参数化水力设计、CFD数值计算与水力性能优化、模型试验与性能分析;针对最优效率点和流动损失进行探讨,给出多重约束下高效叶轮和导叶设计建议。模型试验得到水力模型设计点效率为84.92%、性能曲线变化平缓、运行范围内效率高、且汽蚀性能良好;换算到真机工况效率达到88.3%。该水力模型成为重大专项CAP1400屏蔽电机主泵水力部件采纳的设计方案之一,为后续核主泵水力部件的高性能设计、工程应用提供重要借鉴和原始技术积累。     

6000Nm~3/h氧气透平压缩机内流场及性能研究

在对6000Nm3/h氧气透平压缩机进行初步设计的基础上,通过CFD模拟不同转速下高压缸的首级叶轮和扩压器内流场,分析了内部流动特性,并在不同压缩机进口导叶开度和增加压缩机转速情况下进行性能测试、分析和验证。试验和模拟研究表明,改变压缩机进口导叶开度和增大压缩机转速能够提升压缩机性能参数,特别是合理提高转速会使压缩机性能有较大提高,虽然效率略有下降,喘振流量值增加,但压比和流量得到明显增加。研究结果为压缩机的设计提供了指导,所设计的6000Nm3/h氧气透平压缩机达到了设计要求。     

轴流血泵叶轮结构CFD仿真优化

轴流血泵内部流场形态产生的高剪切力是导致血液溶血的重要因素,因此,对轴流血泵中血液的流体动力分析有助于血泵性能的优化及减少血液细胞的损伤。应用计算机求解RNGk-ε方程,对所设计的微型轴流血泵叶轮中血液的流线及速度、压力、应力等分布情况进行了仿真分析。研究结果表明:血泵中的流体具有非常复杂的流动情况,为了避免流动分离、压力变化过大等情况,减少切应力,对血泵叶轮结构提出了相应的改进意见,并给出了优化后的叶轮结构。     

铅铋介质与清水介质在核主泵内流动对比

为了满足第四代核电系统铅铋(LBE)快堆模块化的结构要求，其主循环泵常采用轴流式结构，掌握铅铋介质在轴流式核主泵内的流动特性是铅铋快堆设计的关键性问题之一。但是目前泵的理论设计与实验都是以清水介质为前提，当实际应用在LBE介质下时，必然会导致泵的内外特性与设计目标和实验状态出现明显差异。通过计算流体力学(CFD)方法采用SST k-ω湍流模型对铅铋介质和清水介质进行瞬态数值计算，分析额定工况下两种介质在叶轮和导叶计算域的能量变化及其规律。结果表明：按照轴流泵水力设计方法完成的水力设计方案，在额定工况下，LBE介质相较与清水介质的扬程与效率均有明显提高。在叶轮计算域，LBE介质静扬程的提高是导致其总扬程与效率均优于清水介质的主要原因；在导叶计算域，LBE介质的流动损失明显低于清水介质，LBE介质在导叶轮毂处的分离现象明显弱于清水介质。     

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。     

离心油泵的CFD数值模拟

利用数值流体动力学CFD(computational fluid dynamics)商业软件Fluent对高速离心油泵叶轮内部的定常三维湍流进行了全流道数值模拟,以研究其内部流动规律。数值计算基于Reynolds时均N-S方程,采用了标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法。由于计算域由转动的叶轮和固定的蜗壳组成,使用了多重参考坐标系(MRF)把旋转区域和静止区域分开。计算得到了叶片吸力面和压力面等值线图、叶轮全流道截面(z=0)压力分布云图、叶轮全流道截面(z=0)相对速度矢量图;并对叶轮小流量工况和大流量工况进行计算。根据计算的数据对泵的外特性进行预估,给出了泵的扬程流量特性曲线、功率流量特性曲线。计算结果有助于深入了解叶轮的内部流动机理,指导叶轮的水力设计。