基于CFD的离心泵全流场非定常流动特性研究

为了研究不同流量下离心泵全流场内部非定常压力脉动分布特性,采用RANS方法和SSTk-ω模型对泵内非定常流动进行了数值计算.研究发现,不同流量工况下离心泵扬程和效率计算结果与试验结果的最大偏差在4％以内,验证了数值计算结果与试验结果的良好一致性.数值计算结果显示:小流量工况下,在叶轮多个流道内发现漩涡结构.由压力脉动的...     

离心泵汽蚀的压力脉动判据研究

离心泵汽蚀的研究是多年来研究工作者极关注的问题之一，本文以流体动力学为基础，以空泡动力学为指导，对离心泵空化空蚀的机理的早期判据进行了深入的探讨。为汽蚀的早期诊断和汽蚀检测的工程应用，提供了有用的依据。     

多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析

为了探究离心泵内部非稳态流动引起的压力脉动现象及其特性,以某型多级离心泵为对象,建立了流场三维有限元网格.采用Fluent仿真技术,选用RNG k-ε湍流模型对离心泵流场进行非稳态数值计算,通过设置监测点,得到了不同位置处在每个时间步长下的压力值.运用FFT方法,对叶轮及蜗壳等主要流道监测点的压力脉动进行频谱分析,结果表明叶轮和蜗壳内的压力脉动主要集中在叶频及其倍频处,并且叶轮与蜗壳之间动静干涉对压力脉动有较大的影响.     

对旋风机非定常湍流计算及整机压力脉动分析

利用Realizable k-ε湍流模型对某对旋风机进行了全流道非定常湍流计算,预测了前后两级叶轮附近两对动-静干涉面以及一对动-动干涉面上压力脉动的频域分布情况,分析了压力脉动沿干涉面径向的传播变化规律.分析结果表明,后级叶轮叶片对叶轮区域压力脉动的影响要远大于前级叶轮.分析结果可以作为对旋风机叶轮部分气动噪声预估的参考依据.     

对旋风机非定常湍流计算及整机压力脉动分析

利用Realizable k-ε湍流模型对某对旋风机进行了全流道非定常湍流计算,预测了前后两级叶轮附近两对动-静干涉面以及一对动-动干涉面上压力脉动的频域分布情况,分析了压力脉动沿干涉面径向的传播变化规律.分析结果表明,后级叶轮叶片对叶轮区域压力脉动的影响要远大于前级叶轮.分析结果可以作为对旋风机叶轮部分气动噪声预估的参考依据.     

含气率对导叶式离心泵内部流动的影响

为研究含气率对导叶式离心泵输送气液两相时内部流动的影响,基于延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)湍流模型及Mixture多相流模型对导叶式离心泵进行非定常数值模拟,得到不同含气率下,模型泵内气相分布、压力分布、流线分布以及所选监测点压力脉动情况,并将数值模拟的外特性曲线与试验进行对比分析。结果表明:气相主要在导叶靠近蜗壳出口的流道、蜗壳靠近叶轮前盖板一侧以及出口段靠近隔舌一侧聚集;导叶出口处压力从靠近隔舌处沿顺时针方向逐渐减小;蜗壳隔舌至第Ⅰ断面内及出口段靠近隔舌侧均出现了回流区;蜗壳壁面从P₁点顺时针方向沿蜗壳至出口段静压值逐渐减小;随着含气率的增大,叶轮进口处低压区面积增大,导叶内压力降低;蜗壳出口段多个面积较小的回流区转变为几个面积较大的回流区;同一监测点静压值逐渐减小,隔舌处静压值受含气率的影响最大。     

叶片圆形切割对离心泵流动诱导噪声的影响

为研究叶片出口圆形切割对离心泵压力脉动及内场噪声的影响,通过固定圆形弦长以变换弦高的方法设计6种叶片切割方案,采用RNG k-ε湍流模型对各方案外特性和压力脉动进行流场数值计算,并基于Lighthill声类比理论和边界元法(BEM)对内声场进行数值计算,对原始模型额定工况的外特性和内声场也进行了试验验证。结果表明：叶轮叶片切割后的设计方案与原始方案相比,在轴频、叶频及倍叶频处压力脉动得到了明显地改善;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.333时,设计工况的压力脉动幅值达到最低;当弦高与叶片出口宽度的比值为0.167时,进口声压级降低了3.5 dB,出口声压级降低了3.4 dB;随着圆形切割面积的不断增大,在设计工况各方案声压级呈现出先减小后增大再减小的规律;随着叶片出口圆形切割面积的增大,在0.6 Q_v～1.4 Q_v工况范围内扬程下降与其呈正相关特性,但对离心泵效率的影响较小。     

大颗粒二维流化床压力及压力脉动

由于目前大颗粒流态化理论还很不完善，为了丰富大颗粒流态化理论，对Geldart D类不同物料组成的二维流化床的压力及压力脉动分布规律进行了研究，并将其结果同高速摄影仪拍摄到的结果进行了对比．试验发现：床层压力分布规律可近似的用公式△p=pi-pj=ρp（1-ε）（hi-hi）来表示．压力脉动分布规律主要是流化床中气泡行为的反映；压力脉动方差值的先减小，后增大，最后又减小的变化规律对应着流化床中气泡的产生，均匀上升，聚并长大，而后破裂的规律．另外，从高速摄影照片发现床层中气泡发展方向总是向着料层面较高的一方发展．     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算.通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性.计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率.     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。     

不同后倾角三维车辆的尾迹非定常流动分析

为了控制车辆气动力和噪声,基于热线风速仪将流动与频谱法、相关分析方法结合,对不同后倾角(0°,25°和35°)的三维车辆尾迹非定常流动进行试验研究。0°模型主频数为2个,对应流向和侧向涡脱落作用;25°模型主频数为4个,对应流向涡脱落及其共振作用、C柱涡和斜背动态分离作用;35°模型主频数为3个,对应C柱涡和上、下流向涡脱落作用。结果表明,模型间存在差异的原因是后倾角的不同使得流动分离位置、斜背流动、C柱涡产生差异,进而导致主频数及其表征的非定常流动结构、空间分布规律不同。     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算。通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性。计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率。     

基于非定常空化流动的离心泵涡旋结构数值分析

To elucidate the formation mechanism of the vortex structure in cavitation flow, the unsteady cavitation flow field of the centrifugal pump was investigated by simulation. The two-dimensional vortex structure on the mid-section was examined based on the method with velocity components. The vorticity on the blade surface and the evolution of the periodicity was compared. In addition to investigate the three-dimensional vortex structure in the impeller passage, the new Omega vortex identification method was also utilized. The results show that: as the NPSHa decreases, the cavity coverage area grows progressively, and the local vortices emerge and the flow in the pump becomes disordered. Due to the effect of cavitation flow field, the vortex structure is mostly formed and evolved on the blade suction surface. During the critical cavitation, the vortex is also detached the blade surface as the cavity rolls up. At the effect of rotor-stator interaction, the blade trailing vortex sheds and attaches to the volute wall at the front end of the tongue. According to the Omega method, the structure of the three-dimensional vortex within the cavity is stable. At the critical cavitation condition, the structure of the three-dimensional vortex downstream of the impeller passage is fragmented and disordered.     

蜗壳隔舌安放角对离心泵特性及流动稳定性的影响

采用数值模拟方法对蜗壳隔舌安放角角度的大小进行研究,分析其对离心泵内部流动状态的影响.根据比转速与蜗壳隔舌安放角的关系,设计4种蜗壳隔舌安放角方案;采用Navier-Stokes方程与SST(剪切应力传输)k-ω湍流模型来研究高比转速离心泵的瞬态内部流动.结果 表明:在外特性方面,蜗壳隔舌安放角为35°时,离心泵的扬程...     

洞塞消能工的脉动压力分析

对顺直、台阶及收缩式洞塞的脉动压力进行了测量和分析,并结合某工程导流洞改建洞塞泄洪洞项目,从脉动压力的角度分析了洞塞段的抗空化性能.结果表明:3种洞塞的脉动压力强度在距离洞塞进口0.1～0.3倍洞径处达到最大值,随后迅速衰减,在距离洞塞进口4倍洞径后趋于平稳;在相同的流速及相同的出口直径下,顺直洞塞的脉动压力均方根值最大,台阶洞塞次之,收缩洞塞最小;在脉动压力均方根最大处,3种洞塞的压力接近正态分布.对于收缩洞塞,采用6倍均方根计算最小压力是偏于安全的;在1:40的正态模型上实测了某洞塞泄洪洞的压力分布,结果表明,泄洪洞段的最小瞬时压力为3.4×9.8 kPa,发生空化的可能性很小.     

两种齿轮泵脉动特性对比分析

本文对外啮合分片错齿齿轮泵和斜齿齿轮泵的结构特性进行了对比分析,并探讨了两种齿轮泵对流量脉动度的影响,结果表明外啮合分片错齿齿轮泵在减小脉动度方面优于斜齿齿轮泵.     

基于CFD的水泵水轮机压力脉动分析

针对水泵水轮机的压力脉动问题,采用计算流体力学进行了全流道数值分析。在活动导叶以及转轮之间的无叶区沿圆周方向设置61个监测点,并且对水轮机工况以及水泵工况分别采取不同工况进行压力脉动分析,对比分析不同工况的流场与压力脉动之间的联系。结果表明,水轮机工况以及水泵工况无叶区压力在时空尺度上均呈现周期性分布,水轮机工况压力分布主要由转轮叶片所决定,水泵工况压力脉动主要由活动导叶决定。水泵工况压力脉动强于水轮机工况。     

船桨整体及螺旋桨诱导的船体表面脉动压力计算

为了形成一套满足工程使用要求的船桨整体计算规程,对现有各种螺旋桨CFD计算方法进行了综合研究.定常计算主要进行了多参考系方法(MRF)和混合面方法(MIX)的研究.非定常计算采用移动网格方法,主要是探讨了时间步长和内迭代次数以及网格对计算结果的影响.结果表明:与其他混合面方法相比,MRF是最容易收敛的,混合面方法中3个面都混合不易收敛;MRF的推力和扭矩计算精度最高,其次是前后2个面混合的方法;由于非定常计算本身而非真实的物理现象引起的高频振荡成分,通过细化网格和增加内迭代次数,可以得到解决.     

正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.