叶片式气液混输泵径向力与流态的相关性规律

气液混输是石油天然气开采运输中的核心技术,叶片式混输泵具有结构紧凑、运行工况宽、耐磨损等优点。本文基于数值模拟研究了4种进口含气率（0%,5%,10%,15%）下,混输泵叶轮和导叶的径向力与气相流态的相关性规律。在进口液相下,叶轮和导叶径向力中心位于坐标原点,随着进口含气率增加,叶轮和导叶径向力的偏心程度不断增大。叶轮和导叶径向力的主频跟叶轮转频和叶片数相关,随着进口含气率增加,叶轮和导叶径向力的主频幅值增大。混输泵各流道内流体分布不均匀,气体主要聚集在轮毂处,叶轮尾缘处的“气带”进入导叶流道发展形成“气囊”,其发展周期与径向力的主频相关。不同流道之间的气体体积流量变化存在相位差,同一时刻各流道中的气体含量不相等,使得各叶片的受力不均匀产生了径向力。随着进口含气率的增加,气团的发展周期变短,主频增大。     

分流叶片对混输泵水力性能影响的优化分析

混输泵作为输送海洋油气资源的关键设备，其输送性能直接影响油气开采效率和输送成本。因此，为探究分流叶片对混输泵流动特性的优化效果，本文采用ANSYS CFX软件对带分流叶片前后的混输泵在进口含气率为5%、10%和15%工况下进行数值模拟计算。结果表明：在含气率分别为5%、10%、15%时优化后混输泵单级扬程增加了18.9%、23.5%、24.2%，分流叶片的存在显著提升了混输泵的增压性能，改善了含气率对叶轮内液相速度分布规律的影响，抑制了叶轮内气相聚集现象的发生，使得叶轮内气相分布更为均匀。此研究结果为优化混输泵性能提供了参考。     

设平衡孔时气液混输泵内部流动及轴向力分析

本文采用两相混合模型进行数值模拟计算,探究了不同进口含气率条件下,设置平衡孔对气液混输泵外特性、内部流动及轴向力的影响。研究发现：各工况条件下,设置平衡孔后该混输泵的轴向力均明显减小;从平衡系统回流的高压流体对转轮内部流动状态产生扰动,同时能破坏和夹带转轮流道内聚集的气泡;综合考虑对混输泵的性能和轴向力的影响,在较低进口含气率时采用平衡孔方法平衡混输泵轴向力的方法是可行的;平衡系统进出口压力系数随比面积系数增大而非线性减小,平衡孔的直径过大会导致混输泵的容积损失问题,因此平衡孔直径设计存在最佳值;对比发现平衡孔设在转轮叶片吸力面时转轮的轴向力幅值和脉动相对较小。研究结论可为后期多级气液混输泵平衡孔平衡轴向力系统的设计和优化提供思路和借鉴。     

超低扬程双向流道泵装置压力脉动特性研究

沿江泵站承担了灌溉、排涝、水环境治理等双向引排水任务，受长江潮位影响，双向水泵装置经常运行至零扬程附近，实际流量超过设计值30%以上，流道水力损失增大，流态紊乱，易引起水力振动，影响机组运行安全。采用CFD技术对沿江某低扬程双向流道泵装置进行水流流动及压力脉动特性研究，并结合模型试验进行验证。研究表明：超低扬程工况下，泵装置进出水流道盲端存在较大回流，出水流道内回流强度较大，导致水力损失增加；进水流道内测点主频为6倍转频，次主频为1/8倍转频；出水流道内测点主频无明显规律，但幅值相近，低频脉动占主导地位。研究成果可为沿江泵站超低扬程工况下水泵装置水力振动研究提供参考。     

基于Fluent的铝氧化银电池冷却结构设计

铝氧化银池冷却结构设计需要综合考虑换热功率与结构压损因素，利用Fluent软件对某铝氧化银电池冷却结构进行传热数值模拟，得到冷却结构流体的压力、温度分布，并计算得到散热功率及压损，从而辅助电池冷却结构设计。采用数值模拟能够得到散热功率与结构压损相对平衡的冷却结构，且仿真结果与试验结果吻合，仿真分析较好地支撑了铝氧化银电池冷却结构设计，缩短了研制周期与试验成本。该方法对于其他流体流动、传热分析具有借鉴意义。     

回流孔对外混式自吸离心泵内部流动特性的影响

回流孔在外混式自吸离心泵的结构中有着特殊的作用,是影响自吸排污泵性能的重要因素之一。为了研究回流孔对自吸排污泵内部流动特性的影响,以具有不同回流孔面积的ZW型高效自吸排污泵为研究对象,对泵内部流场进行数值模拟。研究结果表明,回流孔的存在对泵内流动特性和性能都有一定的影响,泵内会形成较明显的环形流动,扬程和效率显著降低。不同工况下回流孔两侧(即气液分离室和蜗壳)压力分布发生规律性变化,回流孔处的流动状态也随之发生变化;随回流孔面积变化将引起回流孔两侧压差及回流量的变化,最终反映为外特性的变化。     

污水自吸泵固体颗粒的流动及分布规律研究

为了研究不同颗粒直径下污水自吸泵内固体颗粒的流动及分布规律,以65ZW30-40污水自吸泵为研究对象,基于Mixture多相流模型和RNG k-ε湍流模型,对污水自吸泵全流体域进行了固液两相流数值模拟分析。随颗粒直径的增加,泵的扬程和效率逐渐下降,当颗粒直径d = 0.20 mm时,扬程下降13.76%,效率下降12.14%,泵的性能显著变差。同时,分析了不同颗粒直径下自吸泵内固体颗粒的分布情况。结果表明：固体颗粒主要分布于叶片吸力面尾缘,泵体外缘以及回流孔底部区域。研究进一步揭示了当回流孔尺寸较大时,泵内颗粒分布较均匀,回流孔尺寸较小时,颗粒主要分布于回流孔两侧,叶片尾缘及叶片出口靠近压水室的区域,随回流孔尺寸的增大,颗粒体积分数较大的区域向压水室侧迁移,回流孔中心区域颗粒体积分数逐渐减小。     

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。     

轴流泵运行工况对叶轮室进口预旋的影响

轴流泵叶轮室进口水流的流态对大型低扬程泵站水泵的安全、稳定和高效运行具有很大的影响。采用模型试验方法和三维湍流流动数值模拟方法,分别研究了轴流泵泵段装置叶轮室进口和立式轴流泵装置叶轮室进口的流态,得到以下主要结论：（1）叶轮室进口流态与水泵运行工况密切有关;（2）在正常运行工况范围内,叶轮室进口水流基本上为轴向流动,无预旋现象;（3）在小流量工况运行时,叶轮室进口的外圈水流出现与叶轮转动方向相同的预旋流动,但内圈水流仍向叶轮室方向流动,而中圈的水流则在预旋流动与轴向流动两种状态之间摆动;（4）轴流泵叶轮室进口在小流量工况发生预旋现象是泵内发生＂二次回流＂的内特性表现,水泵性能曲线出现马鞍形区则为其外特性表现。     

太浦河泵站斜15°轴伸泵水力动态力分析

太浦河泵站选用斜 1 5°轴伸式轴流泵 (以下简称斜 1 5°轴伸泵 ) ,为特低扬程、大流量的水泵。它具有叶轮直径大、水泵装置流态复杂、水泵轴承受力大等特点。本文针对太浦河泵站斜 1 5°轴伸泵 ,进行了水泵装置从吸入口至出口包括叶片、导叶、弯管段等在内的整体三维粘性流动分析 ,得到了流道内部不同工况下的流动特性如压力、速度分布规律及泵特性曲线 ,以及流道内部的旋涡分布和水力损失情况。同时进行了导叶和叶轮流动动静干涉引起的三维不稳定流动分析 ,得到了叶轮在不同工况下受到的轴向水推力及径向水推力在旋转过程中的变化规律 ,从而为轴承设计提供了比较准确的受力条件。该项研究对其它斜式泵的内部流态及受力分析也是一个很好的借鉴。     

基于图像处理的管束间气液两相含气率的实验研究

将数字图像处理方法应用到管束间气液两相流动含气率的检测并研究其分布特性.采用高速摄影仪,拍摄管束间气液两相流动的流型图像,利用图像处理技术对流型图像进行灰度增强、二值化、边缘检测等处理,然后计算出两相流动不同时刻的含气率.实验结果表明,该方法能够满足测量要求,可以用于管束间两相流动参数的检测.将2种管束的含气率值与模型预测结果比较,发现Feenstra模型和Dowlati 模型能较好地预测含气率.比较管束不同方向的含气率分布特性,发现壁面位置含气率低,管束中心含气率高.     

高效S形轴伸贯流泵装置内流动特性研究

为深入研究新型高效S形轴伸贯流泵装置流道内部流动特性,采用CFD技术对该泵装置进行了全流道三维定常流动计算,获得了在大流量、小流量和最优工况时泵装置的内部流场。结果表明:在叶片安放角0°的最优工况(泵装置计算最高效率为81%,试验最高效率82.57%,流量系数KQ=0.492,扬程系数KQ=0.830)时进水流道的速度加权平均角为88.8°,轴向速度分布均匀度达到97.51%,水力损失为3.89cm;泵装置流道效率达到98.5%。运行工况范围内,出水流道出口断面的最大速度为1.429 m/s,满足国家标准(GB50265-2010)的要求;在大流量工况时,出水流道的弯管段上侧出现了小范围的漩涡。与该泵装置物理模型试验结果比较可知,数值预测泵装置性能与试验的性能数据符合较好,该泵装置匀顺的整体流动形态使能量损失很小,泵装置性能优异。     

混流式水轮机跨尺度流道内复杂湍流的数值模拟

由于水轮机主流道和密封间隙流道空间尺度相差较大,为同时获得水轮机流道和密封通道内的流动特性以及水封间隙泄漏特性,充分考虑叶道流和间隙流的相互干扰,采用非一致网格界面插值技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到主流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了微通道间隙内的流动特征以及不同间隙宽度对密封渗漏流动特性及顶盖压力分布的影响。计算结果表明,主叶道内的强旋拧涡带,密封间隙内旋涡结构以及尾水涡带都直接影响转轮的动态平衡,流体从间隙进入梳齿空腔后产生很强的旋涡而耗散部分动能,而且不同尺度密封间隙流道内产生的旋涡结构不同,耗散能量差异较大,反映出密封渗漏流量的不同。     

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。     

μDMFC流场板润湿特性对气液输运的影响

μDMFC流场沟道的微型化增加了流体在沟道中的流动阻力,容易使CO_2气泡堵塞沟道,不仅影响甲醇溶液的输运,而且还会阻碍甲醇向催化层传质,降低电化学反应效率,因此需要改善μDMFC阳极沟道的气液输运特性。基于VOF方法 ,采用计算流体力学软件FLUENT对μDMFC阳极沟道内的气液两相流进行数值模拟,研究双层流场板沟道侧壁面润湿特性对气液两相分布的影响。结果表明:单层流场板沟道内气液两相呈现分段流动现象,而双层流场板沟道内的气液两相呈现分层流动现象;双层流场板沟道内的含气率明显低于单层流场板沟道,并且压降特性前者优于后者;同时双层流场板沟道侧壁上层为疏水性,下层为亲水性时,不仅有利于气液输运,还有利于甲醇传质,为提升μDMFC的性能提供了一种有效的方法。     

基于CFD数值模拟泵站多机组运行性能分析

本文对宁夏银川黄沙古渡泵站多机组运行时的机组性能进行数值模拟，分析了不同机组数运行下的机组性能，研究结果表明：在多机组并行运行时，不同机组进口流速分布差别不大，额定流量工况下进口速度呈现非对称分布，大流量工况下进口流速均匀度明显提高，近似对称分布。大流量工况水泵出水管均存在大尺度的回流，额定流量工况只有少数机组出水管内存在大尺度回流。三台机组同时运行时机组的扬程小于两台机组运行时的扬程，说明开机数量越多，不同机组之间的水流流动相互干扰越大，相比于两台机组开机运行时，三台机组运行时机组的水力性能会降低。本文研究结果为泵站多机组并行运行时的运行控制提供理论指导，具有重要的学术意义和工程价值。     

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。     

气液两相流并列双方柱绕流涡脱特性数值研究

采用有限容积法,综合考虑了由剪切引起的紊流和由气泡引起的紊流关系式,基于双流体模型,对不同含气率、不同间距比下气液两相流并列双方柱绕流旋涡脱落特性进行了数值模拟。通过计算发现：气液两相流并列方柱绕流,在间距比T/D<2.0时,双方柱尾迹模式是偏流模式,且宽窄尾迹流是通过中间模式(非偏流)相互转化的;在偏流模式中,拥有宽尾迹模式的柱体具有更小的阻力,拥有窄尾迹模式的柱体具有更大的阻力,而中间模式两柱体阻力相当;在间距比T/D32.0时,双方柱尾迹是“同步”模式,在T/D=2.0时,双方柱以同步同相旋涡脱落形式为主,T/D=2.5、3.0、5.0时,双方柱以同步反相旋涡脱落形式为主。来流含气率增大对抑制气液两相流绕并列双方柱流动的涡街生成贡献很大,当含气率增大到0.12时,没有稳定涡街生成。对气液两相流并列双方柱绕流频域过程分析发现：来流严格对称的情况下,并列两方柱运动参量频域过程是非对称的,两柱体长时间所受到的流体作用是不一样的。     

汽轮发电机定子强迫蒸发冷却循环流动与传热计算

基于C语言编程软件和气液两相流相关理论,在忽略绕组线棒辐射散热的情况下,对汽轮发电机定子采用强迫蒸发冷却循环时的流动与传热进行了编程计算,得到了汽轮发电机定子的蒸发点、循环流量、压力和温度分布。结果表明,随着绕组线棒热负荷增加,蒸发点提前,循环流量减小,压力平衡器前的含气率增加;当含气率增加到某一临界值时,可能造成危险工况,因此必须通过计算确定临界热负荷。     

基于自模化理论的烟气流速测点布置方式研究

研究并分析了大型燃煤电厂脱硫后至烟囱进口部分的带有90°弯的尾部烟道内烟气流动状况和流动特性,利用黏性流体自模化区的理论和中值定理,分析出不同进口流速下尾部烟道内存在能够代表进口处烟气流速的区域.通过对距离烟囱进口不同截面上二次流流线对比分析,找到流线分布均匀、无二次流且与烟囱进口距离合适的截面,通过分析对比该截面上的...