轴流泵叶轮叶顶区空化流的数值模拟与实验研究

为分析大流量工况下轴流泵叶顶区空化流场特性,采用修正的空化模型和SST k-ω湍流模型以及结构化网格技术,对南水北调工程某一轴流泵模型叶顶区流场进行数值模拟,并分析其大流量工况下叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性,揭示了叶片不同弦长截面的空穴分布和压力场的关联性。采用高速摄影技术,对叶顶区不同空化数下的空化流场进行实验测量,并与数值计算结果进行对比分析。研究结果表明,叶轮叶顶区空化主要分布在叶顶间隙区、泄漏涡卷吸区和涡带区域。在大流量工况下叶顶区空泡分布起始于叶顶叶片弦长中间位置,随着叶顶翼型弦长系数的增加,由叶顶角涡引起的间隙空化从叶顶压力面拐角处发起,并覆盖叶顶间隙区;泄漏涡空化区随着泄漏涡的产生、增强和耗散,与之对应也具有空化初生、发展和溃灭的过程。在大流量空化严重工况下,流动分离诱导叶片压力面前缘约50%区域出现片状空化,叶片吸力面中后部也形成了片状附着空化,同时叶顶区刮起涡空泡、泄漏流空泡和叶顶泄漏涡空化涡带并存,严重堵塞了叶轮流道。     

立式轴流泵装置内部流动特性数值分析

水泵流量是影响水泵运行效率和能量变化的重要参数之一,为明确轴流泵装置内各过流结构的能量变化规律,基于雷诺时均Navier-Stokes(RANS)控制方程和RNG k-ε湍流模型,对轴流泵内部流动情况进行数值模拟,分析各特征工况(小流量工况0.3 Qbep、最优流量工况1.0 Qbep和大流量工况1.2 Qbep)下装...     

叶顶间隙对轴流泵轮缘泄漏流动影响的大涡模拟

为揭示不同尺寸叶顶间隙下轴流泵轮缘区湍流特征,采用大涡模拟方法对轴流泵在设计流量下的内部非定常流动进行了数值计算,分析了5种叶顶间隙下泵轮缘间隙区的流场结构。通过泵外特性参数预测值与实验结果的对比,证实本文所提出的方法可较准确反映泵内流动特征。结果表明:随轮缘间隙增加,泵扬程、功率和效率均呈下降趋势;叶顶间隙内泄漏流速度沿径向逐渐增大;随间隙尺寸增加,轮缘间隙主泄漏涡强度及与叶片夹角均增大,泄漏涡的非稳定性增强;当间隙δ/D2大于1.0‰,间隙主泄漏涡发展至相邻叶片正面;当δ/D2大于1.5‰,叶顶间隙内出现间隙分离涡,间隙区形成多个次泄漏涡,其影响范围随间隙尺寸的增加而增大。     

双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGκ-ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,对叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,本泵满足运行要求。本研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

立式轴流泵机组自动顶转子装置的研制

立式轴流泵机组原自动顶转子顶起高度和保持时间由操作人员凭经验进行判断,由于转子顶起过程时间特别短,所以人工检测到的顶起高度不准确,且存在较大安全隐患。针对以上问题进行了立式轴流泵机组自动顶转子装置的研制,并取得了成功。对设计思路、改造方案、顶转子装置工作原理、启动过程的设定和安装调试作了介绍。     

喷水推进泵叶顶间隙泄漏流动特性研究

目前喷水推进技术日趋成熟,应用广泛,而喷水推进泵叶顶间隙流场复杂,亟待忖度。该文以ONR AxWJ-2喷水推进泵为研究对象,基于FBM-CC模型对不同流量工况进行非定常计算,通过对其外特性、内部流场及涡量场的分析,研究喷水推进泵叶顶间隙泄漏流动特性。结果表明：FBM-CC模型可以有效预测喷水推进泵的水力性能;随着流量增大,叶片正背面压差增大,促进了主泄漏涡的发展,同时吸力面的卷吸作用增强;主泄漏涡受到主流的阻力作用,湍动能大量耗散,而二次泄漏涡是由吸力面低压引起的主动回旋,旋转率不强,也不直接与主流相互作用;根据涡量输运方程,涡拉伸项(VST)对泄漏涡的涡量变化率影响较大,科氏力项(CORF)影响泄漏涡的初始位置,黏性扩散项(VIST)对叶顶处泄漏涡的发展产生影响。     

大型立式轴流泵泵轴偏磨分析与处理

本文对大型立式轴流泵发生泵轴偏磨的现象进行分析，对可能造成泵轴偏磨的因素逐一排查，找出隐患后提出相应改进措施，为今后处理类似故障提供参考。     

立式轴流泵装置飞逸过渡过程数值模拟

为了研究立式轴流泵装置飞逸过渡过程的水动力特性,以引江济淮工程派河口泵站为研究对象,采用Fluent 16.0与UDF二次开发程序相结合的数值模拟方法,对立式轴流泵装置的飞逸过渡过程进行了全流场数值计算,获得了机组在飞逸过渡过程中的转速、流量、扭矩、轴向力等外特性参数的变化以及肘形流道内流线的演化特性。研究结果表明：平均扬程下,泵装置飞逸转速约为218.99 r/min,与模型试验换算至原型的值215.33 r/min之间的相对误差为1.69%;飞逸过渡过程中水泵叶轮最大轴向力为225.93 kN,轴向力方向与重力方向相反,小于水泵叶轮自重342.12 kN,整个飞逸过渡过程中水泵机组不会发生“抬机”事故,飞逸过渡过程中肘形流道内出现了高度螺旋状的涡带。研究成果可为今后立式轴流泵装置的设计提供参考与借鉴。     

离心泵叶轮内部清水流动实验研究

利用二维激光测速计测量了小出口角离心泵输送清水时最优和小流量工况叶轮内部流动.实验表明，在叶片吸力面没有很宽的尾流，压力面也不存在射流，叶轮内部流动与射流/尾流模型不符合.     

单基础立式轴流泵在泵站工程中的应用

单基础立式轴流泵(ZLDB)系单基础长轴泵,是我国部分水泵厂最近几年研制出的新泵型。单基础立式轴流泵吸取了潜水泵的优点,同时优化了轴流泵的结构及安装工艺,具有流量大、效率高、汽蚀性能好、运行稳定和安装检修方便等特点,在泵站工程设计中已被逐渐采用。本文针对     

低扬程立式轴流泵装置模型马鞍形区研究

结合南水北调东线工程某大型泵站,采用物理模型试验和数值模拟方法,对低扬程立式轴流泵装置模型的马鞍形区进行了研究。试验结果表明,低扬程立式轴流泵装置在部分流量区域出现不稳定的马鞍形区,马鞍形区扬程范围大约在1.3Hd~1.6Hd;各个叶片安放角度下的马鞍形区流量范围各不相同,在0°叶片安放角下,在50%~75%的设计流量之间出现马鞍形区。结合不同工况的数值模拟结果,对装置模型马鞍形区的流动特性进行了分析,发现叶轮进口轮缘和叶轮出口轮毂产生二次回流是造成低扬程立式轴流泵装置模型效率下降和运行不稳定的直接原因。     

轴流泵装置模型试验压力脉动特性研究

结合南水北调某轴流泵装置模型试验,研究了泵站机组的压力脉动情况。研究表明：设计工况时,压力脉动的频率脉动相对幅值较小,一旦偏离设计工况,随着扬程的减小,脉动相对幅值增大,叶轮进口处存在比较明显的压力脉动,叶轮出口处压力脉动相对幅值比进口处减小,出水流道处的压力脉动相对幅值比叶轮出口处又有所增加。在小扬程工况下,压力脉动的频率值以叶片通过频率为主;在大扬程工况下,由于泵内湍流强烈的不规则运动,低于1倍叶片通过频率的低频脉动会随着流量的减小幅值越来越大并占据主导地位。     

大型立式轴流泵机组固定件与转动件安装高差的确定及测量

通过对天津引滦工程尔王庄管理处暗渠泵站新安装的机组运行前后记录的总结,分析了电机定转子磁场中心高差和泵叶片上下间隙在机组运行前后的差异及其影响因素,确定机组固定件与转动件的合理安装高差及其测量调整的方法,以保证机组运行时磁场中心高差合格和上下叶片间隙均匀,指出安装时应保证转动件与固定件之间有足够顶车间距。     

45°斜式轴流泵装置的流动特性分析与实验

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用CFX软件计算了对某一45°斜式轴流泵装置在额定转速下210 L/s~370 L/s流量范围内多个工况点的内部。分析了进、出水流道的流动特性,重点研究了旋转叶轮对进、出水流道内流场及水力性能的影响,预测了泵装置的水力性能。通过计算得出泵装置的水力性能,并与泵装置模型试验结果比较,表明斜式轴流泵在低扬程泵站中具有较优的性能特性。研究结果对低扬程泵站的水力设计具有重要的参考价值。更多还原     

15度斜式轴流泵装置水动力特性实验研究

15度斜式轴流泵装置是我国近年在低扬程、大流量泵站引入的一种新型泵装置,由于出水流道前端呈S形弯曲,流道内的二次流导致某些工况下压力脉动和振动较大,这一问题尚有待深入研究。本文针对浙江盐官泵站技术改造所研制的新型15度斜式轴流泵装置进行了水动力学特性的实验研究。研究发现,与泵段相比,斜式轴流泵装置的最优工况点向负叶片角度和小流量区偏移。泵装置在较小叶片角度下的空化特性优于大叶片角度;当装置空化余量低到使泵装置效率下降1%时,叶片背面出现占据近1/3叶道区域的空化区。斜式轴流泵的飞逸转速在较大负叶片角度时可达额定转速的1.73倍。斜式轴流泵压力脉动在导叶出口、出水弯管和出水流道内明显高于常规立式轴流泵;从水泵进口方向看,当叶轮逆时针方向旋转时,斜式轴流泵装置出水流道隔墩左侧流量大于右侧。本文研究成果为大型斜式轴流泵站优化设计和稳定运行提供了新的科学依据。     

叶轮与导叶匹配关系对立式离心泵水力特性影响的实验研究

大型含导叶立式离心泵广泛应用于高扬程远距离调水,旋转叶轮与静止导叶动静干涉引起的无叶区内高幅值压力脉动是影响其稳定运行的关键因素.为研究叶轮与导叶匹配关系对水泵水力特性的影响,对3台模型泵开展能量特性与压力脉动同台对比实验,分别监测了进水流道、无叶区和压水室的压力脉动信号,并进行时域和频域分析.结果表明:泵运行流量越靠...     

有限流动水域浮体受力及侧倾研究

为研究浮体结构在淹没状态下运行过程中的受力以及力矩,采用物理模型试验,对不同体型和 流速下的浮体结构在水流作用下产生的作用力以及侧倾力矩进行了比较分析。结果表明,不同浮体结 构的长高比对浮体结构在垂直方向所受动水压力、浮体结构侧倾力矩都存在显著影响,随着长高比的增 加,两者明显增大;但对浮体结构水平受力影响不大;而不同水流流速对浮体结构所受水平作用力影响 巨大,随着来流流速的增加,水平作用力明显增大,对浮体结构在垂直方向的受力影响微小,且在一定程 度上,随着来流流速的增大侧倾力矩同样增大。     

轴流式水轮机轮缘间隙流动引起的叶片正面头部空蚀磨损机理的研究

对轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动及空化特性进行数值模拟和试验研究,重点分析轮缘间隙流动在正面头部泄漏流动所引起的泄漏涡带、二次流动的漩涡强度和空化特性,以及泄漏涡带旋转、二次流动的漩涡与空蚀和磨损之间的关系。通过对不同材料的特性比较,解释了材料特性与冲角之间的关系,综合阐述了泄漏流动所引起叶片正面头部空蚀与磨损联合作用产生破坏的机理。     

非等长双排桩的受力性状研究

为对双排桩支护结构设计参数进行优化设计,以成都某基坑工程为背景,对双排桩的受力性状进行研究,结合有限元分析软件对原基坑模型进行实体建模,并利用监测对比验证原模型的可行性。此后,对双排桩支护结构的受力性状包括双排桩的排距、后排桩桩距、桩身刚度、土体性质和前后桩长不等的情况进行建模对比分析,提出非等长双排桩的设计思路,研究其最优设计参数。结果显示:前后桩长不等的情况下,后排桩的桩长变化比前排桩更能影响支护结构的位移和内力,且随着后排桩桩长的增加,对支护结构的影响逐渐较小;此时的后排桩长度为最优长度,能体现出该支护设计的经济性。结合监测数据验证了方案的合理性,为非等长双排桩支护结构在基坑中的应用提供工程经验,并为进一步的优化设计提供理论支持。对比研究发现:非等长双排桩支护结构能较好的控制基坑变形,且在同等条件下,非等长双排桩支护结构不仅节省大量工程材料,减少工程造价,并且缩短了施工时间,具有明显的工程应用价值。     

水电站引水压力管道受力分析与结构设计研究

针对水电站引水压力管道的受力和结构设计问题,以龙开口水电站引水压力管道为研究实践对象,采用三维有限元技术,考虑施工、运营,校核、取消厂坝伸缩节等因素的影响,建立引水压力管道的整体力学分析模型,对引水压力管道各段的受力特性进行了计算分析研究,给出了龙开口水电站引水压力管道结构设计要点,并就进水口渐变段结构设计及取消厂坝之间伸缩节后垫层钢管结构设计给出一些提议,供同类水电站引水压力管道结构设计参考.