离心泵叶轮区瞬态流动及压力脉动特性

目前离心泵过流部件的瞬态流动分析主要集中在蜗壳内,对旋转叶轮区内的流动特性研究较少。基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格,对不同工况下离心泵内部瞬态流场进行数值模拟,计算得到的离心泵扬程和效率曲线与试验结果吻合较好。在离心泵叶片正背面分别设置3个监测点,分析叶轮区压力脉动特性。结果表明,设计工况下叶片正背面压力脉动的主频为叶轮转频或2倍叶轮转频,非设计工况下其主频均为叶轮转频。从叶轮进口到出口,叶片正背面的压力脉动最大幅值都逐渐增大。同一监测点上压力脉动最大幅值在小流量时最大,约为设计工况下5倍。分析小流量工况下叶轮内部相对速度分布,叶轮出口处附近随时间变化的旋涡是内部流动不均匀的主要原因,使得离心泵在该工况下运行效率低、压力脉动强度大。     

k-ε涡粘湍流模型用于离心泵数值模拟的适用性

以IS80-65-160离心泵为研究对象,对设计工况和八种非设计工况进行了整机系列相对位置定常流动数值模拟.计算中分别采用标准k-ε模型、RNG缸k-ε模型和Realizable k-ε模型三种k-ε涡粘湍流模型,以考察比较它们对离心泵内流模拟计算的适用性.计算中考虑了叶轮和蜗壳之间相对位置变化对流场的影响,较全面反映叶轮与蜗壳间的相互作用.在数值模拟的基础上,计算了基于三种湍流模型的扬程、轴功率、效率及性能曲线,并与试验性能曲线进行对比.研究表明:三种肛k-ε涡粘湍流模型均可用于离心泵内部流动数值模拟计算,采用Realizable k-ε模型的离心泵仿真结果与试验吻合最好.     

湍流模型在离心泵偏工况性能预测中的适用性分析

选取5个不同比转数的优秀离心泵水力模型作为研究对象,使用Fluent软件中的5种两方程湍流模型进行离心泵非设计工况下的数值计算,并将计算结果与试验值进行对比分析.研究表明:在低比转数和高比转数离心泵的非设计工况中,SST k-ω型能够得到比较小的误差,最小误差不超过1％;对于中比转数离心泵,小流量工况下,RNG k-ε模型的计算结果最接近实验值,大流量工况下,SST k-ω模型的误差最理想,其最小值为0.2％,最大值不超过4％;5种湍流模型所计算的涡量大小分布规律比较类似,但是湍流强度分布有明显区别,RNG k-ε模型在蜗壳扩散段处的湍流强度特征不是十分明显.通过分析,建议在离心泵非设计工况的数值模拟中采用SST k-ω模型.     

基于CFD技术改善双吸离心泵叶轮性能

介绍了低比速离心泵特点,阐述计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法.运用CFD软件FLUENT对不同叶片形式叶轮流道进行三维湍流流动计算.计算采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法和雷诺平均法的RNG k-ε湍流模型.根据计算结果分析叶片形式对流速分布、压力分布的影响,揭示叶轮内流动规律,提高低比速离心泵优化设计的水平.     

带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的PIV测量与数值模拟

用PIV技术和工程上广泛应用的k-ε标准两方程模型,对不同工况带分流叶片的离心式水泵叶轮内部流场进行了测量和计算模拟。通过试验测试和模拟计算,获得了不同工况下叶轮内的流速分布规律,揭示了叶轮内流动的非对称性、长叶片吸力面进口附近有回流、各种工况下分流叶片前缘入口稍后吸力侧均存在一个高流速区、分流叶片改善出口速度分布、随着流量增加叶轮内相对速度的大小增大明显等对带分流叶片离心泵性能有直接影响的多种流动现象。     

小流量工况下低比转速离心泵内部流场的数值分析

针对小流量工况下低比转速离心泵内部流动特性问题,通过运用计算流体力学软件FLUENT,并采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对离心泵内部流场进行了数值模拟。采用3种不同网格数对离心泵模型进行了网格无关性分析以验证提高数值计算的准确性。沿进水管道至其进口端设置了监测点,分析了周向速度和轴向速度,得出了不同工况下发生回流的位置,分析比较了4种流量工况下离心泵内部的流场分布。结果表明:0.7Qd工况下,进水管道和叶轮流道中的流线均比较平滑,离心泵内部流动比较稳定。0.6Qd工况下,叶轮进口和叶轮流道开始产生了漩涡。随着流量的进一步降低,叶轮进口回流强度增大,叶轮流道中的漩涡逐渐向其相邻流道中扩展,离心泵内部的流态十分紊乱。     

基于湍流模型的核主泵空化特性研究

为评价不同湍流模型在核主泵空化性能预测中的精度,本文以CAP1400核主泵为研究对象,运用CFD软件ANSYSCFX在标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ω三种湍流模型下进行空化模拟分析,并与试验对比研究。研究结果表明:在叶片中部到出口的超空化区域处汽泡体积分数最大,在汽泡体积分数为0.9时,RNG k-ε模型与SST k-ω模型预测汽泡分布更为均匀;标准k-ε模型进口高压区更小,同时RNG k-ε模型、SST k-ω模型在叶片背面出口边出现小范围的高压区,而标准k-ε模型基本上没有该高压区存在,标准k-ε模型在核主泵严重空化下的预测精度相对较差些;大流量与小流量工况下,标准k-ε模型和RNG k-ε模型可以适当提高空化预测的精确度,但多数工况下SST k-ω湍流模型的预测值与试验值最为接近。SST k-ω湍流模型对核主泵的空化数值模拟精度最高。     

离心泵全三维流动模拟中几种主要流动模型的结果对比分析

通过使用FLUENT软件模拟计算单级离心泵的全三维流场，对软件中的无黏流、黏性层流、湍流等四种主要流动模型进行了对比分析，结果表明使用Spalart-Allmaras、标准k-ε等模型对离心泵的模拟计算是实用可行的，其中以标准k-ε等模型结果最为接近算例的泵外特性数据。此外，通过本次离心泵的全三维流场计算，发现蜗壳泵叶轮内各通道的流量、流速及压力等分布有显著差别，流动呈现明显的非对称性。     

基于风洞试验和仿真的垂直轴风力发电机的湍流模型分析

对于湍流的计算一直是流体力学领域的难点,而垂直轴风力发电机周围流场的湍流非常复杂,对其CFD仿真模拟选取湍流模型一直各抒己见。选取目前使用最为广泛的SST k-ω、Realize k-ε、RNG k-ε和标准k-ε湍流模型进行CFD仿真,模拟双叶片直线翼垂直轴风力发电机的叶片表面压力分布和单叶片转矩系数,并与采用高速多点压力测量仪和力矩传感器测量的实验数据进行对比分析。其结论为,在叶片失速区,采用标准k-ε和Realize k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验值拟合度很低;当叶片处于深度失速区时,采用RNG k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验结果拟合度最高,而在轻失速区时,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。从单叶片转矩系数角度分析可得,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。     

复合叶轮离心泵的全三维湍流数值模拟

本文使用FLUENT软件选用多重参考坐标系及标准κ-ε湍流模型，模拟计算具有长短叶片叶轮的离心泵的全三维流场，计算包括吸入管、叶轮、泵壳及出水管在内的整个离心泵系统。计算结果显示。在叶轮的大部分长短叶片的通道内，射流区偏向于叶片背面，尾迹区则位于叶片工作面出口附近。泵叶轮各通道的流量、流速及压力等流动参数的分布表现出明显的非对称性，流动参数的数值大小与叶轮、泵壳的相对位置密切相关。本文还将泵性能的预测值与实测值作了对比以验证计算结果。     

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。     

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.     

湍流模型在小型潜水泵性能预测中的应用

为了探讨不同湍流模型在小型潜水泵性能预测中的适用性,本文以QDX6-18-0.75型潜水电泵为研究对象,分别选取Standard k-ε、Reliable k-ε、RNG k-ε、RSM 4种不同湍流模型对小型潜水电泵进行全流场模拟,得到6种工况下泵扬程和效率的预测值,并与试验台测得的数据进行对比分析。结果表明:设计工况下,4种湍流模型的扬程相对误差均小于1.5%,效率相对误差均小于2.5%,满足工程应用需求;小流量工况下,Reliable k-ε模型相对误差最小,扬程最大偏移0.75%,效率最大偏移4.36%;大流量工况下,Standard k-ε模型扬程预测精度高于其它3种湍流模型,RSM模型的效率预测精度最高。综上Reliable k-ε模型的适用性最强,Standard k-ε模型次之。该结论为小型潜水电泵性能预测的可靠性提供依据,并已在产品改型中得以应用。     

低比转速离心泵叶轮内部流场的CFD分析

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型，利用CFD对低比转速离心泵叶轮内部流场进行了计算，分析了叶轮内部流场的速度分布和压力分布，并对预测结果进行比较，从而提出了利用CFD（Computational Fluid Dynamics）对离心泵叶轮进行性能分析的方法，为进一步完善泵设计理论、提高泵设计水平提供了有益的参考。     

旋转矩形通道流场特性的数值模拟

应用FLUENT软件对旋转矩形通道内气流流场进行三维粘性数值模拟，分析了RNG k-ε湍流模型和RSM模型在模拟旋转矩形通道气流流场的差别，以及旋转直通管道在不同流量及不同转速下其气流流场的变化规律。结果表明：RSM模型比RNG模型能更好地模拟湍流驱动二次流；通道内的主流和二次流特性随流量和转速发生显著变化。     

离心泵叶轮曲面造型与流动分析

为解决叶片曲面造型问题,提出了叶片边界型值点的坐标计算方法,与SolidWorks API相结合,实现了叶片快速数字化建模。进而采用Fluent软件与标准k-ε湍流模型对离心泵叶轮内流场进行了数值模拟。模拟结果表明,沿叶片背面方向,相对速度均匀增加;叶片正面中间附近,相对速度明显下降。当流量增大时,正面上的低速区分布范围逐渐减小。     

高比转速混流泵时变湍流特性分析

为分析混流泵内部流场的时变湍流特性,采用时变不可压牛顿流体的控制方程和RNG k-ε湍流模型,基于ANSYS CFX软件数值计算了3种不同工况时混流泵内部的时变湍流场,计算考虑了各过流部件间的相互干涉作用。在叶片安放角0°时,给出了最优工况1.00QBep有、无叶轮时进、出口干涉面的静压分布云图,直观地显示了一个物理周期内动静干涉情况,分析了叶片表面流动的细部结构,并对比了基于时均流场和时变流场预测泵外特性的差异。进、出口断面静压分布受叶轮旋转的影响很明显,流量1.46QBep时进口断面静压表现出较强的非稳定性,扭矩和扬程呈周期波动。     

超临界高压锅炉给水泵首级叶轮性能的数值模拟研究

本文对超临界高压锅炉给水泵首级双吸叶轮内部流场进行了数值模拟,分别从外特性及内部流场结构两方面对叶轮性能进行了分析和研究;采用雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型、SIMPLEC速度与压力耦合算法,计算了设计工况、小流量及大流量工况下双吸叶轮的内部流场。计算结果表明,采用CFD技术可以较为准确地模拟出双吸叶轮内部流场速度和压力分布,从而完成首级双吸叶轮外特性的预测,所设计的首级双吸叶轮达到设计要求。     

基于能量梯度方法的离心叶轮流动分离特性研究

流动分离对离心叶轮旋转失速和内部流动稳定性具有重要影响。以低比转速离心叶轮为研究对象,基于RANS方法和RNG k-ε湍流模型,本文对离心叶轮内部流场进行了数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好。在此基础上采用一种用于分析流动稳定性的新方法一能量梯度方法,对流场数据进行处理,获得不同流量工况下离心叶轮内能量梯度K函数分布。研究结果表明:能量梯度方法不仅能够用于低比转速离心叶轮,而且能在定性上表征流动分离特性。流动分离在小于设计流量时出现,且随着流量减小逐渐增强,同时能量梯度K函数较大值所占面积增大。     

基于CFD的离心泵三维内流场的数值模拟

为了研究离心泵内部流场的流动规律,基于CFD技术,应用雷诺时均N-S方程与标准k-ε湍流模型对不同工况下二级离心泵内部的三维湍流流动进行了数值模拟,并对其内部的流动状态进行了分析,得到了离心泵内部流场的压力分布规律。结果表明:随着出口流量不断增大,泵的整体压力逐渐减小,各级叶轮的压力逐渐减小,叶轮的速度值逐渐增大。在相同条件下,离心泵进口到出口的压力逐渐增大,各级叶轮中的静压值径向逐渐增大,且次级叶轮的压力值比首级叶轮的压力值大。