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。     

基于PumpLinx的余热排出泵汽蚀余量的仿真方法研究

阐述了汽蚀的原理与现象,提出了一种对核电厂用正常余热排出泵进行汽蚀余量仿真研究的数值模拟方法。对水力模型流体区域进行建模,并介绍了模型假设和简化、网格的生成方法、工作介质的物性以及数值模拟仿真计算方法。按ANSI/HI1.6离心泵试验要求进行仿真,通过对各流量点不同进口压力的扬程数据进行拟合计算,获得设计流量点、小流量点和大流量点扬程下降3%时的汽蚀余量NPSH3值。     

1000MW轴流式核主泵试验分析与数值模拟

对1000 MW轴流式核主泵5个不同温度下相同流量点工况进行数值模拟计算,并与试验值进行对比,计算结果与试验结果吻合较好,验证了CFD数值计算的准确性和精度。在核主泵试验过程中,发现核主泵扬程随着温度升高逐渐升高,研究了泵的外特性扬程变化,并分析了泵内部流动和各部分能量损失变化情况,表明泵扬程变化主要是由于水力损耗变化导致的。     

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。     

基于CFD分析的磁力泵优化设计

针对石化、制药等工艺流程、航天航空等高科技产业发展中对能在易燃、易爆、有毒等条件下无泄漏输送介质的小流量高扬程磁力泵的需求,进行了磁力泵的优化设计。采用管道泵的弯肘形吸入室完成磁力泵吸入室设计,采用速度系数法完成叶轮设计,采用1/3准螺旋蜗壳设计改善磁力泵径向力平衡问题,并利用CFD技术对设计的磁力泵进行数值模拟,根据数值模拟结果进行性能分析和优化设计,获得了该磁力泵的性能曲线和高效区的最大径向力大小,为磁力泵的磁力控制系统的设计提供了合理的技术参数。     

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。     

长短叶片离心泵的三维湍流数值模拟研究

采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟长短叶片离心泵内流场,对比分析数值模拟计算和试验测得的水泵流量-扬程和流量-效率特性曲线;对小流量、设计流量和大流量3种工况下的数值模拟计算与PIV测量获得的内流场进行分析研究;给出叶轮出口相对液流角及出口相对速度沿叶轮周向的分布情况;结果表明,在相同流量下数值模拟计算的扬程要大于由实验测量获得的扬程,且随着流量的增大,两者之间的差异呈增大的趋势;在相同工况下,相对速度矢量方向以及叶槽内的流态基本吻合.     

诱导轮叶片参数对大流量离心泵汽蚀性能的影响

诱导轮作为离心泵的重要辅助部件之一,对水泵汽蚀性能的改善有重要作用。针对某大流量离心泵汽蚀性能不佳的问题,采用响应面分析和数值模拟的方式,对该离心泵的诱导轮叶片参数进行了优化,探究了诱导轮导程、叶片厚度和叶片数对大流量离心泵汽蚀性能的影响规律。首先,构建了大流量离心泵的仿真模型,对其进行了外特性计算,将计算结果与试验结果进行了对比,对仿真结果的可靠性进行了验证;然后,根据诱导轮扬程与泵汽蚀性能呈正相关的规律,以诱导轮的叶片参数(导程L、厚度T、叶片数Z)为变量因素,以诱导轮扬程最大为优化目标,对诱导轮进行了响应面计算分析,得到了响应面优化后的诱导轮叶片参数,并对比分析了优化前后诱导轮的扬程;最后,针对诱导轮优化前后的离心泵,在不同工况下进行了叶轮汽蚀情况和临界汽蚀余量对比分析。研究结果表明：叶片导程对诱导轮扬程的影响不大,而减小叶片厚度、增加叶片数可以大幅提高诱导轮扬程;额定工况下,经响应面优化后的诱导轮扬程提高了0.6 m,泵的临界汽蚀余量相比原型泵降低了0.15 m。该结果可以为大流量离心泵诱导轮的优化设计提供理论参考。     

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。     

基于数值模拟的特种混流泵水力性能优化与试验

为研究水泵液压系统混流泵的性能,分析特种混流泵性能参数与系统工作过程物理量的关联性,基于器材水下运动学方程推导混流泵流量、扬程等参数的计算方程,并提出满足器材运动要求的泵性能参数。基于数值模拟和试验并重的研究方法,针对水泵液压系统混流泵开敞式出水结构,优化双圆弧导水结构,数值模拟结果表明双圆弧轴面的过流面积变化均匀,速度场无旋涡等不良流动,减小了装置水力损失。针对混流泵叶轮叶片包角和出口安放角进行优化,获得了陡降的流量-扬程特性曲线,满足了不同工况下器材加速要求。叶轮出口采用非线性环量分布流型,提高了水力效率,试验结果表明优化的开敞式混流泵最高效率达到83.24%,各项性能指标均满足优化设计要求。     

离心泵径向力的数值模拟与实验研究

在泵装置设计中,径向力的大小一直是人们所关心的问题。基于Fluent流体商用软件对一种离心泵的内流场进行数值模拟。比较径向力数值模拟结果与实验值,发现最大误差为8.1%,误差在设计流量工况下最小,测量精度最高,并且各流量工况下平均误差为4.34%,证明数值模拟预测离心泵的径向力是可行的。将离心泵数值模拟与实验的流量扬程曲线进行对比,趋势比较一致,误差不超过8.3%。在此基础上根据提出的径向力计算模型计算出泵在各流量工况下径向力的大小和方向。针对离心泵内部结构特征研制了一种径向力测量装置,开展径向力测量试验,得到了各工况下径向力的大小。     

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。     

蜗壳断面形状对泵径向力平衡影响的研究与探讨北大核心

本文对采用梯形断面、圆形断面、矩形断面的3种不同断面形状的单蜗壳泵和多蜗壳泵内部流场进行CFD数值模拟分析,研究其径向力的平衡。研究表明,断面形状对泵的径向力及扬程、效率有一定的影响。在小流量工况点时,单蜗壳泵采用圆形断面,多蜗壳泵采用矩形断面径向力较小;在设计流量工况点时,不同断面的多蜗壳泵径向力较单蜗壳泵大;在大流量工况点时,单蜗壳泵采用矩形断面,多蜗壳泵采用梯形断面径向力较好。研究结论对双蜗壳泵的设计和实际生产都有一定的指导意义。     

提高高速泵效率的试验研究及CFD分析

通过对两组不同叶轮结构的内部流场进行研究,找出高速泵内部流场的变化规律,为高速泵选择结构合理的叶轮型式.通过改变高速泵蜗壳的喉部直径、后盖板面积来对高速泵进行试验分析,加大喉部面积能提高泵的截止流量,扬程曲线变平坦,但是小流量点扬程会有所下降,减小后盖板面积和扩大喉部面积都能提高泵的效率,减小后盖板面积能显著提高泵的效率.     

基于CFX的离心泵全流场数值模拟研究

基于雷诺时均Navier-Stockes方程和标准k-ε双方程湍流模型,利用CFD软件（ANSYS CFX 11.0）对一台离心泵进行全流场定常数值模拟计算,对比分析数值模拟计算和性能试验测得的流量-扬程、流量-效率及流量-功率等特性曲线;对小流量、设计流量和大流量3种工况下的数值模拟计算获得的中间截面流线的结果进行分析研究,揭示了其内部流动的主要特征;同时预测了泵的水力性能,并与性能试验结果进行了对比分析,结果表明数值模拟计算预测趋势与试验结果吻合较理想,满足工程实际的需要。     

双叶轮离心式电泵技术升级

对低比转速双叶轮离心泵,结合泵结构优化设计,在进行叶轮进口边叶片超长延伸的创新设计的基础上,通过数值模拟和试验研究相结合进行泵水力模型优化设计,在保证产品结构紧凑的前提下,使其最大流量和最大扬程等性能指标均有较大幅度改善提高、泵效率大幅提高,产品性价比提升明显,技术升级效果显著。     

基于两工况优化离心泵

基于离心泵基本理论，提出一种基于两个工况点的针对离心泵的优化方法，使离心泵在保证设计工况点扬程以及效率不受影响的情况下，优化另一工况点的扬程与效率。利用离心泵的基本原理，理论扬程-流量计算公式和扬程-流量计算公式，针对计算离心泵的两个几何参数：离心泵进口直径D1以及出口处叶片与盖板的夹角λ2,推导得到基于两个工况点的计算式。又采用m91-50型离心泵进行两工况优化设计方法验证，根据推导得到的两项离心泵几何参数计算式计算得到的离心泵进口直径和出口处叶片与盖板的夹角，建立新叶轮与原蜗壳并且建立三维模型。利用ICEM软件进行网格划分，CFX进行数值模拟，得到该离心泵在两工况点下的数值模拟结果。根据得到的仿真模拟结果，经过优化的叶轮在两工况点的扬程误差在4.7%和3.7%,误差均在5%之间，证明了该优化方法的可行性。     

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。     

射流式自吸泵内流场的数值分析研究

为了解射流式自吸泵的性能和内部流场分布规律,通过CFD数值分析和试验相结合的方法对其水力性能和内流场进行了研究。结果显示,射流式自吸泵的扬程值随流量的增大而呈近似的线性降低,数值模型可以较为准确地预测自吸泵的试验性能曲线,在设计工况条件下,数值分析与试验结果的扬程相对误差约为5%。通过对不同工况下的泵进口路径A-B-C的静压路径分析可知,高速射流对于泵进口流场具有很大影响,在大流量工况下,射流式自吸泵的喷嘴高速射流使得喉管进口的流体静压急剧降低,静压最低点和低压区均位于喉管的进口区域,并且其静压的下降幅度随着流量的增大而增大,上述研究结果为射流式自吸泵的进一步设计优化提供了参考。