超临界二氧化碳离心叶轮耦合优化设计

自循环机匣处理能够显著提升超临界二氧化碳离心叶轮小流量区域的气动性能,但对大流量工况附近的性能提升不明显。为此,考虑自循环机匣与叶轮关键参数的耦合效应,对机匣几何和叶轮叶片掠角实施耦合优化,实现了叶轮性能的全面提升。耦合优化后叶轮在大流量工况、设计工况及小流量工况下的效率分别提升了3.51%、2.60%、4.43%。耦合优化的扩稳增效机理为：在大流量工况下改善了叶片前缘进口攻角,减小了叶轮内部亚临界区,抑制了冷凝的同时改善了叶轮内部流通能力;设计工况下机匣的抽吸量增大,叶顶附近更多低能流体被移除,改善了叶轮下游流场结构;小流量工况下显著减小了叶轮内部堵塞面积,叶轮流动稳定性增强,同时改善了机匣回流造成的掺混损失,叶轮效率提升。     

大型立式混流泵装置水动力特性数值模拟

应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,对立轴蜗壳式混流泵装置的内部流动结构进行数值模拟。采用全隐式网格耦合求解,计算中考虑了叶轮叶顶间隙的影响。通过计算获得了泵装置全流场,分析了蜗壳出水室的流态和叶轮的水力特性,预测了泵装置性能并与试验值进行了比较。结果表明：蜗壳出水室内的流动为轴向流动与环向旋转的合成流动,静压分布较对称,出口断面轴向流速分布均匀度和速度加权平均角相对较低;叶片表面的静压分布呈现较为清晰的规律,叶片表面静压分布比较均匀,压力面的静压整体上比吸力面要高;随着流量的增大,叶轮承受的轴向力渐小,而径向力则先减小后增大;数值模拟预测的性能结果与试验的性能结果相比较,前者高于后者,趋势基本一致。     

基于熵产理论的离心风机性能优化

基于三维椭圆形控制方程及熵理论,对电厂常用的G4-73型后向式离心风机进行数值模拟及熵产计算,并进行了实验验证.研究发现,叶轮体内熵产最大,且湍流耗散为风机熵产的主要来源,黏性耗散所引起的熵产几乎可以忽略.采用优化理论对叶轮参数进行优化,并分析比较优化前后的风机熵产及动力学特征.结果表明,优化后叶轮和蜗壳内熵产明显降低,流动得到改善;风机的全压升高、高效区拓宽,且流量越大,全压增长的幅值越大.最高效率点附近,风机全压和效率分别提高68 Pa和0.5个百分点.叶轮结构参数的优化对电厂的节能增效、解决风压不足和CO2减排等关键问题具有重要的现实意义.     

交错布置叶片对双吸离心泵压力脉动特性的影响研究

双吸离心泵内部流场的非定常压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一.为研究叶片交错布置对双吸离心泵压力脉动的影响,采用RANS方程和修正后的RNG k-ε湍流模型,对对称布置和交错30°布置叶片的高转速双吸离心泵进行了三维非定常数值模拟.通过模拟分别获得了对称和交错布置叶片的双吸离心泵蜗壳出口以及蜗壳内部的压力脉动特性,并对其进行对比分析.结果表明蜗壳出口以及蜗壳内部压力脉动呈周期性变化,叶片交错后主频为720Hz.采用交错叶片后周期变为原模型周期的一半,蜗壳出口及蜗壳内部压力脉动幅值明显降低.研究结果表明叶片交错布置能有效改善离心泵内部压力脉动特性,对降低蜗壳中的振动和噪声、增强离心泵的运行稳定性有一定指导意义.     

低水头混流式水轮机蜗壳和尾水管结构变化对流动损失的影响研究

酉酬水电站水轮机组为混流式机组,具有水头低、流量大的特点。受客观条件制约,电站真机蜗壳和尾水管尺寸比按模型换算的真机尺寸值要小一些,在设计阶段需要通过数值模拟分析尺寸改小后对机组水力性能的影响。本文建立了包括蜗壳（含固定导叶）、活动导叶、转轮和尾水管等在内的水轮机整体流道的流动分析物理模型,分别比较了原设计方案（称为方案一）和尺寸改小后方案（称为方案二）各9个工况下的流道内部的水力损失及流动状态。通过对计算结果的比较分析,得出结论：方案二的固定导叶损失在各个工况点大于方案一,在小流量、低水头时损失较小;尾水管损失在低水头时大于方案一,高水头时小于方案一,在高水头、小流量时损失较小。     

空调器室外机轴流风机内部流场特性研究

空调器室外机轴流风机系统广泛使用轴流风叶。轴流风机系统对空调器室外机换热能力起着决定性作用,轴流风叶对轴流风机的内部流场分布有着重要影响。本文通过对轴流风叶结构进行优化,主要研究前倾角的不同对轴流风机内部流场特性的影响。基于数值模拟技术,本文采用SST k-ω湍流模型探究内部流动特性。研究结果表明：叶片前倾角对轴流风机性能影响较大,尤其是在大风量工况下,减小前倾角会导致风机性能下降太大,小前倾角在设计工况点静压效率较低,叶片前倾角的变化直接影响轴流风叶流道内气流的流动,对叶根区域和叶顶区域的流动稳定性产生影响。     

基于FLUENT的吸油烟机结构优化方法

流量、压力、速度、吸烟效果是吸油烟机的重要指标,为了获得吸油烟机流体运动特性,对吸油烟机在房间工作的流体区域进行研究,利用FLUNET软件中的多参考系模型对某款吸油烟机进行了不同结构参数下的流体仿真分析,分别从叶片数量、叶轮宽度、叶轮内外径比及是否带有开合玻璃等参数进行了对比分析,全面、形象地展现了吸油烟机的内部流场信息以及风道系统组件的能量损失.     

大型立式蜗壳混流泵装置非定常湍流特性分析

采用RNG k-ε湍流模型封闭三维N-S方程,并在转动部件与静止部件间采用瞬态冻结转子技术(TRS)建立交界面,基于ANSYS CFX对大型立式蜗壳混流泵装置内湍流场进行非定常数值计算。通过非定常数值计算,获得了蜗壳压水室内部的非定常流动及漩涡情况,通过设置若干监测点分析了各过流部件内压力场的脉动幅值和频率,获得了作用于叶轮的径向力特性,并将定常计算、非定常计算预测的泵装置性能数据与试验结果进行了对比分析。结果表明:设计工况时泵装置内的脉动幅值及叶轮所受径向力相比大流量与小流量工况时均较小,各工况时进水流道出口断面的脉动主频为叶频,进水流道"ω"后壁对称测点的脉动情况基本相同,非定常计算预测的泵装置性能相比定常计算预测结果更接近于模型试验结果,但两者差异性较小。     

铝银电池电液循环泵气液两相流动特性仿真

为进一步了解气液两相工况下的铝氧化银电池电液循环泵内部流动特性,选取比转数ns=63.7的某型铝氧化银电池电液循环泵作为研究对象,结合CFD数值模拟技术,基于CFX软件中的Eulerian-Eulerian非匀相流模型,对泵内部流动特性进行仿真计算,得到不同进口含气率工况下的中截面压力、气相体积分数分布及流线分布。结果表明：随着进口含气率增加,电液循环泵内流体分布不均匀度增加,叶轮对流体做功能力下降;循环泵内气相分布主要集中在叶片工作面进口区域,随着进口含气率变大,部分流道会被气体严重堵塞,导致泵的流量、扬程产生剧烈波动;随着进口含气率增加,旋涡、回流影响范围逐渐扩大,在旋涡、回流及气液两相滑移的相互作用下,流道内流线分布十分紊乱,产生较大的能量损失,造成扬程及效率下降。     

30°斜式进水流道数模分析与泵装置特性试验研究

利用三维湍流数值模拟对某30°斜轴进水流道水力特性进行了分析,研究了设计流量工况下流道的内部流场、不同横断面和纵剖面速度等值线、出口断面速度均匀度和速度加权平均角以及流道水力损失。研究结果表明,斜式进水流道水流处于均匀渐缩,内部流态良好,无漩涡或脱流,出口断面流速分布均匀度Vu=98.2%,速度加权平均角度θ=88.42°,流道水力损失Δh=5.9cm,流道型线合理。试验研究了30°斜轴模型泵装置能量特性、空化特性和飞逸特性,得到5个叶片角度下模型和原型泵装置能量特性曲线、3个不同叶片角度下空化特性及叶片角-2°下的单位飞逸转速和单位飞逸流量。试验结果表明,模型泵装置最高效率随叶片角度减小而增大,叶片角-4°时的最高效率可达83%,较大范围运行工况下的空化性能优良,飞逸转速安全。研究结果对低扬程泵站水力优化设计具有重要的参考价值。     

回流孔对外混式自吸离心泵内部流动特性的影响

回流孔在外混式自吸离心泵的结构中有着特殊的作用,是影响自吸排污泵性能的重要因素之一。为了研究回流孔对自吸排污泵内部流动特性的影响,以具有不同回流孔面积的ZW型高效自吸排污泵为研究对象,对泵内部流场进行数值模拟。研究结果表明,回流孔的存在对泵内流动特性和性能都有一定的影响,泵内会形成较明显的环形流动,扬程和效率显著降低。不同工况下回流孔两侧(即气液分离室和蜗壳)压力分布发生规律性变化,回流孔处的流动状态也随之发生变化;随回流孔面积变化将引起回流孔两侧压差及回流量的变化,最终反映为外特性的变化。     

熵产分析法在锅炉吹灰优化模型中的应用

从热力学第二定律角度分析电站锅炉运行中对流受热面的不可逆能量损失,建立了受热面传热熵产、流阻熵产以及吹灰过程中出现的传质熵产、吹灰介质熵产和吹灰器电机熵产的计算模型,并利用某台燃煤锅炉的现场数据进行了实例计算。在受热面熵产分析的基础上,建立了吹灰优化模型。基于熵产分析的吹灰优化模型,充分考虑传热过程和吹灰过程的不可逆能量损失,更加准确地计算吹灰所带来的收益和造成的能量损失,实现真正意义上的吹灰收益最大化。     

基于特征尺寸规则化的竖井贯流泵装置研究

为了探讨竖井贯流泵装置规则化设计方法,选择了二十余座典型大型竖井贯流泵装置作为统计分析对象,通过分析得出了竖井进水流道和出水流道主要控制尺寸合理取值范围。结合实际工程,基于规则化设计方法,设计了叶轮直径3.2 m的大型竖井贯流泵装置。利用三维湍流数值模拟,分析了规则化设计的竖井进出水流道流动特征、水力损失特性以及进水流道出口的速度分布、速度均匀度和入流角。结果表明,基于规则设计的进出水流道流动平顺,设计工况,进出水流道的水力损失为0.064 m、0.096 m,速度均匀度和入流角为97.63%和87.74°。按照模型比尺10.667设计制作模型水泵装置,构建试验系统,开展了模型水泵装置能量特性试验研究。研究结果表明,基于规则化设计的竖井贯流泵装置在特低装置扬程1.08 m,装置效率达77.5%,设计工况点Q = 25 m3/s、H = 0.62 m的效率达66%,水泵装置效率高。研究结果对竖井贯流泵装置的水力优化设计具有重要指导意义。     

竖井位置对双向贯流泵装置水力特性的影响

双向竖井贯流泵作为一种可实现双向抽引的低扬程泵装置形式,在平原城市地区应用广泛,而竖井布置位置一直是工程实际中需要考虑的问题之一。本文通过三维造型软件建立模型,并使用全结构化网格划分方法划分竖井流道、直管流道、叶轮段及导叶段网格,数值计算控制方程为连续性方程、k-ε湍流模型方程和雷诺时均方程并采用稳态计算对双向竖井贯流泵装置进行模拟。计算分别模拟了竖井贯流泵的竖井前置、后置两种情况下泵装置叶轮正向反向运行共计四种运行情况的水力性能特性。结果表明,设计工况下无论竖井后置或是前置,泵装置正向运行效率皆高于反向运行。无论泵装置正反向运行,竖井流道和直管式流道作为进水流道时流态皆较为平顺,水力性能差异不大;泵装置正向运行时竖井流道和直管式流道作为出水流道时尽管因造型不同内部流态有所差异但总体水力损失较小。反向运行时出水流道环量不能被导叶回收,产生能量损失较正向运行大,而此时竖井流道作为出水流道水力性能要劣于直管式出水流道。     

核电站联合水泵房蜗壳模板安装技术探讨

蜗壳为核电站联合水泵房循环系统泵的主要组成部分,其形状像蜗牛壳,在联合水泵房中位于进水道上端,与循环水廊道相接。以宁德核电站工程为例,从蜗壳预制混凝土块的吊装和就位、蜗壳底部及接缝处灌浆、出水道模板的安装加固及安装循环水出水口测压管等方面对蜗壳模板安装技术进行了介绍,为类似工程提供参考。     

海水淡化高转速泵作透平的压力脉动分析北大核心CSCD

离心泵反转作透平是海水淡化能量回收一体机的核心动力部件之一,运行时的压力脉动是机组产生振动和噪声的主要因素之一。本文以高转速离心泵反转作透平为研究对象,采用SAS-SST-CC湍流模型,对其进行整机流道三维非定常流动数值计算,通过流场分析及压力脉动频谱分析,探讨该透平在运行时的非定常流动特性。非定常数值计算结果显示,蜗壳内多测点的压力脉动主频均为叶片通过频率,说明蜗壳内压力脉动主要由转轮和蜗壳隔舌间的动静干涉引起;旋转转轮域内8个叶片间流道中各布置了6个测点,各相似位置测点间的压力脉动峰峰值最大相差10.3%,说明对称的旋转转轮内的流动分布严重不均,这些旋转测点的脉动频率主要为叶频8倍频附近的主频或次主频,说明转轮与蜗壳间的动静干涉、叶片流道间的漩涡是引起转轮内压力脉动的主要因素,且局部漩涡引起的压力脉动强于转轮动静干涉造成的。结果表明,转轮内压力脉动比蜗壳内明显剧烈,旋转转轮内的压力脉动是机组振动主要水力原因。     

污水自吸泵固体颗粒的流动及分布规律研究

为了研究不同颗粒直径下污水自吸泵内固体颗粒的流动及分布规律,以65ZW30-40污水自吸泵为研究对象,基于Mixture多相流模型和RNG k-ε湍流模型,对污水自吸泵全流体域进行了固液两相流数值模拟分析。随颗粒直径的增加,泵的扬程和效率逐渐下降,当颗粒直径d = 0.20 mm时,扬程下降13.76%,效率下降12.14%,泵的性能显著变差。同时,分析了不同颗粒直径下自吸泵内固体颗粒的分布情况。结果表明：固体颗粒主要分布于叶片吸力面尾缘,泵体外缘以及回流孔底部区域。研究进一步揭示了当回流孔尺寸较大时,泵内颗粒分布较均匀,回流孔尺寸较小时,颗粒主要分布于回流孔两侧,叶片尾缘及叶片出口靠近压水室的区域,随回流孔尺寸的增大,颗粒体积分数较大的区域向压水室侧迁移,回流孔中心区域颗粒体积分数逐渐减小。     

基于RLMD与BAS-BP的柴油机故障诊断研究

为了提高柴油机水泵盖体故障信号的特征提取能力,快速有效地诊断出故障类型,提出了鲁棒的局部均值分解算法（RLMD）与天牛须算法（BAS）优化的BP神经网络相结合的故障诊断方法。首先,对采集的信号序列进行小波阈值和RLMD双重降噪,再根据斯皮尔曼相关系数筛选出与原信号相似度高的信号分量（PF）;然后,求出每个分量的小波能量熵、小波奇异值熵作为故障特征;最后,利用BAS优化的BP神经网络进行故障诊断和识别。同时,与GA-BP、PSO-BP优化的神经网络相比较。结果表明：BAS-BP在各方面都优于PSO-BP、GA-BP神经网络,且BAS-BP的故障分类准确率可达到98.90%。     

对角泵叶轮基本流态研究

在介绍对角泵基本特征的基础上,运用计算流体动力学方法,对一组对角泵叶轮的基本流态进行了数值分析,对不同叶片夹角的对角泵叶轮纵断面、出口断面速度分布及叶片压力面静压力分布特性进行了定性比较和定量计算.研究发现,对应于不同的叶片夹角,对角泵叶轮的能量性能差异很大.轴流泵叶片对角布置后,离心力的作用使对角泵叶轮的扬程提高.与对应的轴流泵相比,对角泵的最优效率点向小流量方向偏移,高效区变宽.过大或过小的叶片夹角都不利于叶轮效率的提高,应通过优化设计确定最优夹角.计算结果表明,叶片夹角为150°的对角泵叶轮能获得较高的流量加权平均效率.随着叶片夹角和流量的减小,对角泵叶轮的功率不是增加而是减小,功率特性由轴流泵逐步向离心泵过渡.