变速工况下轴流泵性能特性研究

为了揭示转速对轴流泵装置能量性能的影响规律,本文以一立式轴流泵装置模型为研究对象,对从额定转速1461 r/min(n)到731 r/min(0.5n)6组转速下各最优工况点进行数值计算,并通过欧拉方程分析。结果表明:转速变化时,叶轮输送给水体的理论能量头并不符合水泵相似定律,这也是水泵各最优工况点之间随转速的变化不满足相似定律的一个重要原因;且随着转速的降低,叶轮的水力效率逐渐降低,泵装置内各段流道水力损失逐渐增大,进而导致泵装置效率减小。研究结果为变速工况下轴流泵装置能量特性的精准预测提供了参考规律。     

旋流泵变转速特性试验研究

本文对旋流式模型泵进行型式试验及变转速外特性试验,对转速变化引起的性能变化进行了试验研究,得出了泵流量、扬程、轴功率、汽蚀余量及效率变化规律,并对其变化原因进行了分析。对旋流泵变转速相似定律的适用性进行了实验验证,结果证明流量、扬程、轴功率的变化规律服从相似定律,汽蚀余量的变化规律不服从相似定律,而呈相反趋势。     

一种改进升力法的研究

针对我国轴流泵效率普遍偏低的情况,著者试图提出一种改进的轴流泵升力设计法。考虑到轴流泵叶轮外缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在传统的升力法模型中引入修正系数A（R,6）,对传统的升力法公式加以改进,得到了改进升力法模型。本文同时应用传统升力法和改进升力法对一轴流泵进行了叶轮叶片的设计,并利用NUMECA软件进行流动模拟,分别得到叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度一压力分布以及各工况的效率计算结果,证明了改进升力法较传统升力法优越,改进效果明显,有效地提高了轴流泵的效率,改善了泵内部流动的速一压分布。为轴流泵的设计提供了一种崭新的模式。     

转速对AP1000核主泵水力性能影响的试验研究

为研究转速对AP1000核主泵水力性能的影响,制造一台核主泵水力模型样机,通过变频改变转速,进行了试验研究,分别对比了核主泵在50Hz(1495r/min)、40Hz(1195r/min)、30Hz(895r/min)3种不同转速下的Q-H、Q-P、Q-η曲线,运用相似比例定律,变换得到相似变换曲线,对比试验和相似变换曲线,得到结果如下:50Hz时该水力样机的过流部件满足设计要求,其性能曲线具有混流泵的特点,有无过载特性,高效区较宽,大流量时具有较高的效率;压水室截面形状对核主泵水力样机性能变化趋势影响有限,决定其性能的主要因素在于叶轮;转速改变时外特性曲线变化趋势相同,但转速降低,扬程下降缓慢,Q-H曲线相对平坦,最大轴功率点向大流量偏移,泵的总体效率下降,最高效率降低,同时高效区变窄。转速降低超过20%相似比例变换公式失效,引入了修正系数对相似变化曲线进行修正。     

低转速对核主泵水力性能影响的试验研究

为研究低转速对水力模型性能的影响,选择了一台核主泵水力模型样机,通过变频改变转速,进行了试验研究,分别对比了核主泵在50 Hz(1495 r/min)、40 Hz(1195 r/min)、30 Hz(895 r/min)3种不同转速下的Q-H、Q-P、Q-η曲线,运用相似比例定律,变换得到相似变换曲线,对比试验和相似变换曲线,得到结果如下:50 Hz时该水力样机的过流部件满足设计要求,其性能曲线具有混流泵的特点,无过载特性,高效区较宽,大流量时具有较高的效率;压水室截面形状对核主泵水力样机性能变化趋势影响有限,决定其性能的主要因素在于叶轮;转速改变时外特性曲线变化趋势相同,但转速降低,扬程下降缓慢,Q-H曲线相对平坦,最大轴功率点向大流量偏移,泵的总体效率下降,最高效率降低,同时高效区变窄。转速降低超过20%相似比例变换公式失效,引入了修正系数对相似变化曲线进行修正。     

轴流泵多工况空化特性数值计算

基于完全空化模型,应用计算流体动力学(CFD)技术,计算了轴流泵在不同进口流量条件下的全流道流场。研究了不同进口流量条件下,轴流泵的外特性变化,叶片上的压力及空泡体积组分分布,对不同工况下的内部流场空化特性进行了分析。计算结果表明,额定流量工况下,轴流泵扬程的CFD计算值准确,与理论值误差在3%以内;非额定流量工况下,CFD计算可以得到空化发生区域及空化程度。空化发生时,叶轮叶片表面的压力下降,叶片对流体做功减少,引起水泵效率下降。各流道叶片上的空泡体积组分分布相似,但呈现出一定的非对称性,这种非对称性是造成轴流泵在空化发生时运行不稳定的因素之一。     

自吸旋涡泵变转速性能试验研究

旋涡泵本身具有弱的自吸能力，但本文涉及的是装有自吸装置能够快速自吸的旋涡泵。通过型式试验及变转速外特性试验，研究了小型自吸旋涡泵性能特点及随转速变化情况，经过分析转速变化对流量-扬程曲线、流量-轴功率曲线、流量-临界汽蚀余量曲线及流量—效率曲线的影响，阐述了相关原因，验证比例定律对自吸旋涡泵的适用性，同时得出汽蚀相似定律不适用旋涡泵，试验结果与汽蚀相似定律呈相反趋势。     

核主泵四象限特性试验研究

针对自主研发百万千瓦级核电主泵项目,本研究以经过模化缩比后的百万千瓦级核电主泵的模型泵为对象,搭建专设台架,开展泵正常工况、水轮机工况、耗能工况、卡轴工况、飞逸工况下的流动特性试验。首先得到了1500r/min额定转速下的四象限特性曲线,进而掌握了其扬程、扭矩在不同流量工况下的变化规律,之后对1050 r/min、600r/min和150 r/min 3个非额定转速下泵的各运行工况开展试验研究,将4个转速下的试验结果经过无量纲处理,最终得到了既适用于模型泵又适用于原型泵的同源曲线,上述试验结果为后续核主泵设计的深入研究及一回路安全分析提供了数据支撑。     

立式轴流泵装置叶片区压力脉动数值分析

压力脉动是影响轴流泵装置安全稳定运行的重要因素之一,为明确轴流泵装置叶片区压力脉动的变化规律,基于CFD软件对立式轴流泵装置全流道进行三维非定常数值计算,获得了轴流泵装置叶轮和导叶体区域的压力脉动时域数据,分析了最优工况时各监测点压力脉动特性,以及3个特征监测点的压力脉动随流量的变化规律。结果表明:最优工况时,叶轮进口压力脉动幅值从轮缘到轮毂逐渐减小;叶轮出口压力脉动幅值从轮缘到轮毂先减小后增大;导叶体出口处的压力脉动幅值从轮缘到轮毂先增大后减小。叶轮进口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小;叶轮出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大先减小后增大;导叶体出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小。小流量工况时各监测点的压力脉动主频幅值均大于最优工况和大流量工况。计算结果为分析轴流泵安全稳定运行提供了参考。     

轴流泵叶轮内部流场大涡模拟及分析

本文将大涡模拟与基于特征线的有限元分离算法相结合,对轴流泵叶轮内部流场进行了数值分析.为验证算法的准确性和可靠性,对NACA0012翼型在雷诺数Re=800下且攻角为20°时的绕流流动进行计算,成功得到了该流动的双解,计算值与直接数值模拟结果相符.大涡模拟计算得到的轴流泵外特性曲线与y试验数据基本吻合,特别在偏离工况下能较好地反映泵的能量特性,表明大涡模拟有较好的工程应用前景.分析了叶轮的进出口流场速度分布及叶片表面的压力脉动,发现小流量工况时叶轮轮缘附近存在叶道涡和较强的压力脉动,此现象与导水锥段收缩流道造成的叶轮进口轴向速度非均匀分布有关.     

航空燃油离心泵内流特性分析

针对航空发动机燃油离心泵内流特性研究,采用雷诺平均方法和滑移网格技术,在多工况下进行数值模拟,得到了内部流场细节和压力流量曲线。结果表明:由于流体绕过叶根时加速,可能出现局部低压区并导致气蚀;随着流量的增大,叶轮中相对速度增大,根据速度合成法可知,叶轮边缘出流速度随之减小,最终导致泵内静压降低;随着转速的提高,泵内速度和静压增大,且叶根附近出现局部高流速低压区并逐渐扩张,此区域也是局部低压区。根据压力流量曲线可知,随着流量的增大,泵输出的压力降低;随转速的提高,泵输出的压力升高;在低转速条件下,大流量运行无法实现。     

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。     

Average Velocity Measurements in Six Automotive Torque Converters Part II: Turbine Measurements

The internal flow fields of two automotive Plexiglas torque converter turbines with three different pumps were examined. A laser velocimeter was utilized to measure the velocity flow field at the turbine inlet and mid-planes in the six different geometry combinations; the stator was the same for all combinations. The turbine geometries differed only by the inlet blade angle, while the pump geometries differed only by the exit blade angle. The torque converter was operated at three different turbine/pump rotational speed ratios: 0.065 (near stall), 0.600, and 0.800 (near coupling point). For all geometries at the inlet plane the flow is fairly uniform in the blade-to-blade direction at all speed ratios. Velocities are most uniform in the core-to-shell direction at high speed ratios, but high velocities move near the shell at lower speed ratios. At the mid-plane, at low speed ratios the velocities are significantly higher near the pressure surface but as the speed ratio increases, the gradient decreases. At low speed ratios velocities are higher near the shell but this distribution becomes uniform at higher speed ratios. In general the flow became more uniform as the speed ratio increased. Variations in the pump exit blade angle had effects on both inlet and mid-plane velocity distributions and are documented. Variations in turbine inlet blade angle altered the inlet and mid-plane flow fields, but less so than the pump variations. A clockwise circulatory secondary flow pattern at the turbine inlet plane was observed for all geometries and, conversely, counter-clockwise circulatory secondary flow patterns at the mid-plane were recorded. Resulting vorticities were found to depend on geometries and speed ratios. The turbine leading edge incidence angles were found to strongly depend on the speed ratio, ranging from positive to negative, as well as pump and turbine blade angles.     

转速对齿轮泵内流场空化强度的影响

针对齿轮泵中齿轮转速在500~3652 r/min的变转速条件下工作的实际工况,该文通过实验的方法研究了转速对某型齿轮泵内流场空化强度的影响。使用现有的齿轮泵测试实验台,对在齿轮泵转速改变的条件下,齿轮泵内流场的空化强度改变进行监测。由于空化无法直接测量,该文根据空化诱导振动理论对齿轮泵的振动进行测量,得到了齿轮泵内流场空化强度随齿轮转速上升而增强的规律。通过Pumplinx软件对内流场进行建模,利用软件特有的空化损伤模块进行了仿真验证,仿真结果表明齿轮泵内流场空化强度随齿轮转速上升而增强,与实验所得规律一致。本文所总结的规律对减弱齿轮泵内流场空化强度,提升使用寿命具有一定的参考作用。     

变转速工况下离心泵蜗舌处压力波动的试验研究

对某一单吸离心泵在变转速工况下蜗舌处的压力波动进行了测量与分析。该离心泵的叶轮为半开式叶轮并具有背叶片,它由原叶轮车削后得到,从而使得叶轮出口离蜗舌距离较大。结果显示:随着转速的提高,离心泵的流量及效率线性增大,而扬程以二次曲线形式增加。该离心泵蜗舌附近的压力波动频谱以叶轮转动频率整数倍的离散分量为主,特别是叶片通过频率及其二次谐波。最大波动分量的幅度占参考动压ρv22/2(v2为叶轮出口周向速度)的0.5%左右。随着转速的增大,压力波动的增加速度比转速提高速度快,且宽频波动幅度的提高比离散分量显著。另外,频谱分量中存在叶轮转动频率非整数倍的离散分量,以及与转速无关而取决于流体系统固有振动特性的离散分量。     

调速型液力偶合器制动工况流场分析

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),对调速型液力偶合器制动工况下的非稳态两相流动进行数值模拟。结果表明:泵轮流道的压力分布较规律,沿径向成比例逐渐增大,而涡轮流道的内部流动则较复杂;涡轮吸力面出现了小范围的不规则流动现象;中间轴面的速度分布较复杂,涡轮速度小于泵轮速度;Interface中部的低速区出现降低偶合器效率的二次流。对调速型液力偶合器制动工况进行流场分析,揭示其泵轮和涡轮的流场流动规律和特性,有助于指导液力偶合器的设计,提高偶合器的性能。     

联体泵-马达壳体内流场功率损失特性

联体泵-马达工作过程中由于流场功率损失过大,造成摩擦副磨损、压力供给不足、旋转部件发热等问题,降低整机的可靠性和寿命。采用了Mixture多相流模型及自编程的网格变形运动控制程序,建立了联体泵-马达壳体内部流场功率损失特性数值仿真模型。通过分析连体泵-马达壳体内油-空气两相流场中涡结构和湍流参数,揭示了壳体内流场功率损失产生机理及分布特性,并研究了转速和泵斜盘倾角对功率损失的影响规律。结果表明:流场涡结构及湍动能较高区域均集中在柱塞及缸体转动区域,该区域的搅拌损失占比为98.91%,湍流耗散损失占比为60.66%,是壳体内流场功率损失主要来源区。转速的增加导致流场湍动能升高,流场总损失增加;转速从955 r/min增大至3000 r/min后,流场总损失增加了1441.36 W。泵斜盘倾角的变大,使马达侧转速增加,流场更紊乱,流场总损失增加;泵斜盘倾角从0°增大至17.5°,流场总损失增加了1077.04 W。     

吸入室直径对液气射流泵流场特性影响的数值模拟

为了全面分析液气射流泵内部结构对液气射流泵吸气性能的影响,以提高液气射流泵整体吸气性能。利用Fluent软件对不同吸入室直径下液气射流泵内部流场进行了三维数值模拟,获得了液气射流泵内部压力场和速度场分布以及轴心静压曲线,并拟合出压力比、流量比、效率与不同吸入室直径的关系曲线。对比分析表明,吸入室直径的大小会对液气射流泵内部压力、速度及吸气效率产生很大影响。射流泵其他结构一定时,吸入室直径大小存在最优值或者最优范围,使得液气射流泵的吸气性能最佳。     

漂浮取水泵内部流场的数值模拟及性能试验

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,基于Pro/E建立了内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了压力、速度分布规律以及外特性曲线,并结合性能试验,对数值模拟进行了验证。结果表明:漂浮取水泵存在无过载的功率曲线及高效区较宽的效率曲线;叶片旋转中心受静压较边缘低;旋转叶片速度较大;在额定流量工况下,叶轮具有较均匀的速度和流场分布规律;性能试验验证了数值模拟的正确性。研究结果为掌握泵的内部流场分布规律、改善泵的水力特性、提高泵的效率提供一定参考。