低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。     

带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场的数值模拟

对带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场进行数值模拟。计算采用雷诺时均方程和修正了的 湍流模型,在压强连接的隐式修正法(SIMPLE—C)建立的压力速度校正方程基础上,利用贴体坐标系和交错网格技术进行计算。计算结果揭示了带分流叶片离心泵叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布规律,并对增加分流叶片后叶轮内部的流动状况进行了分析和研究,研究结果将对带分流叶片的离心泵进行性能预测和优化设计有指导 意义。     

利用三维紊流数值模拟进行离心叶轮设计比较

通过设计工况和非设计工况下叶轮内三维紊流数值模拟,比较了两种离心叶轮中的内部流动,以时均的N－S方程和标准k-ε模型为基础,在贴体坐标系中运用SIMPLEC算法进行计算,计算得到了两种叶轮内的流速,压力场分布,预估了水力效率,并与效率试验值进行了比较。计算结果表明,三维扭曲叶片叶轮在流速场,压力场分布,能量性能等方面均优于圆柱叶片叶轮。     

高温熔盐泵中分流叶片对结构动力特性的影响

为研究分流叶片对高温熔盐泵结构动力特性的影响规律,以IS50-32-160型低比转数高温熔盐泵为研究对象。对有/无分流叶片方案不同工作温度、不同工况下的泵转子进行基于ANSYS Workbench的数值计算,分析了泵内部的应力、变形和模态分布规律。研究结果表明:添加分流叶片后,叶轮的等效应力明显减小,说明分流叶片能够有效提高叶轮的承载能力;分流叶片使得转子的变形情况也得到一定的改善,从而降低了叶轮变形对内部流场的影响,且叶轮内的变形分布变得更均匀,从而可减轻泵转子的振动;同时,不同工作温度对泵转子的固有频率及各阶振型影响均不大。     

分流叶片周向位置对离心叶轮性能及内部流动的影响

利用商用计算流体力学软件包NUMECA FINE/TURBO对Krain叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片不同周向位置对该叶轮内部流动和性能的影响,得出了不同周向位置时的叶轮效率、压比随质量流量变化关系,结合对叶轮内部流场的详细分析,给出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的最佳设计方案。研究结果表明:分流叶片不同周向位置对叶轮流道流场影响明显,当偏向主叶片吸力面一侧时可以有效提高叶轮效率。     

分流叶片对超临界二氧化碳离心压缩机内部流动特性的影响

对带有分流叶片的超临界二氧化碳离心压缩机进行数值模拟,对比分析了分流叶片的长度系数L軈及周向分布系数准对压缩机内部流动特性的影响。研究表明:当长度系数L軈≥0.5时,分流叶片能够有效地抑制主叶片表面的流动分离,但当长度系数增大到0.7时分流叶片使得压缩机进口叶栅稠度增大,同时其前缘的两相流占据整个分流叶片吸力面流道,堵塞流量较原型机下降2.35%;分流叶片向主叶片吸力面偏移能够减弱低速流体团对流道的阻塞作用,改善分流叶片与主叶片吸力面之间的流动特性,拓宽压缩机稳定工作范围,周向系数准=0.6时叶轮运行特性优于原型机。     

离心叶轮分流叶片位置与扩压器相互影响的模拟研究

叶轮分流叶片周向位置改变,将对叶轮与扩压器内部流场产生干扰。对带分流叶片离心压缩机叶轮及扩压器流场进行数值模拟,结果表明:当叶轮匹配叶片扩压器,分流叶片向主叶片吸力面偏置较居中时,叶轮进出口压比降低3.66%,平均出口气流角增加1.54°;分流叶片向主叶片压力面偏置相比于居中,叶轮进出口压比增加1.85%,平均出口气流角增加2.09°,分流叶片吸力面侧低能区减小,气流分离受到抑制,叶轮效率提高。因此分流叶片向主叶片压力面偏置有利于提高叶轮性能。但由于分流叶片偏置后叶轮平均出口气流角较居中时变大,对扩压器叶片形成正冲角,在叶片背弧处产生了分离涡,造成扩压器内流场混乱,使扩压器效率降低。因此,分流叶片偏置后与之相匹配的扩压器叶片的安装角也要相应改变,以抑制扩压器内的分离涡及二次流,提高整级效率。     

分流叶片位置对离心压缩机级内部流动和性能影响的数值研究

运用数值求解叶轮机械内部三维粘性流场的方法,对工程上常用的某带分流叶片的离心压缩机叶轮及后接有叶扩压器的内部流动和性能进行数值研究。通过求解分流叶片处于不同周向位置和其前缘处于不同流向位置时级的流场,得到了对应的内部流场和压力、效率与流量的性能曲线。结合对级性能曲线和内部流场的详细分析,结果表明:分流叶片处于不同的周向位置和其前缘处于不同流向位置时对级的内部流场和性能曲线影响很大,分流叶片中间叶高处前缘位置位于50%左右和周向位置距长叶片吸力面一侧1/10栅距左右,级性能较佳。     

带分流叶片离心叶轮机械研究进展

针对分流叶片在3种离心工作机(压缩机、风机和泵)的应用及研究现状,从设计理论和内部流动两方面详细综述了离心叶轮机械中分流叶片的研究成果。通过总结带分流叶片离心叶轮机械内部流动方面的研究结论,对分流叶片的添置对内部流动特性和性能的影响机理有了深刻的认识,总结了分流叶片主要参数的取值原则,为分流叶片在离心叶轮机械中的应用提供了参考。最后在内部流动理论和特性以及设计方法方面给出了研究的展望。     

后置灯泡贯流泵三维紊流计算

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法研究某一后置灯泡贯流泵内部的三维流场,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法对泵叶轮、导叶和进出水流道内的流场进行数值模拟.分析最优工况下装置纵断面的流速和压力分布以及叶轮出口、导叶出口和灯泡体尾部的流速分布情况.着重研究小流量工况、最优工况和大流量工况等不同工况下叶片压力面、吸力面的静压分布以及各断面翼型附近的相对流速分布.同时还计算贯流泵装置各种构件的水力损失,发现导叶体和灯泡体段在水力损失中所占的比重较大.将数模计算结果与模型试验的泵装置性能数据进行对比,结果表明数模计算结果跟试验数据在高效区附近吻合较好,在小流量和大流量工况下存在偏差.采用CFD方法对灯泡贯流泵装置内部流场进行数值模拟可以为泵装置进一步设计优化提供依据.     

转动导杆—齿轮机构驱动叶片差速泵

转动导杆机构具有把曲柄的匀速转动转换为导杆的非匀速转动的特性。利用这一特性,把两个转动导杆机构和齿轮机构组合形成了叶片差速泵的驱动系统。该驱动系统使同轴安装于泵壳内的两个叶轮周期性不等速转动,从而使两个叶轮的相邻叶片周期性张合,来实现密闭容积变化进而完成吸排液过程。转动导杆机构曲柄和导杆的回转中心距与曲柄长度的比值是影响泵的性能的一个关键参数。该值越大,泵的排量也越大,但是,随着此值增大,泵的流量脉动和驱动轴上的工作阻力矩波动也在加剧,使泵的工作性能降低。在实际设计中此值取0.3- 0．5比较适宜。     

离心泵偏置短叶片叶轮内部流动的粒子图像速度测量

对三副短叶片不同偏置的低比转数复合叶轮离心泵,应用粒子图像速度仪分别测试大流量、设计流量和小流量三种工况下长短叶片叶轮同一叶槽内的瞬时流场.分析叶槽内相对速度矢量、速度等值线的特征,揭示短叶片不同偏置时的速度分布规律.研究三副长短叶片复合叶轮出口处径向速度、切向速度、相对速度和相对液流角沿圆周的分布,测得与三副叶轮相对应的泵外特性曲线.测量结果表明,分流短叶片不同偏置对叶槽内流场的影响差异明显,当短叶片进口相对出口向压力面偏转时,叶轮出口相对速度分布很不均匀,短叶片工作面出口存在较大的低速区;与之相反,当短叶片进口相对出口向吸力面偏转时,叶轮出口速度分布较均匀,并且泵的扬程与流量曲线明显右移,大流量时,效率显著提高.     

Entropy production analysis for hump characteristics of a pump turbine model

The hump characteristic is one of the main problems for the stable operation of pump turbines in pump mode.However,traditional methods cannot reflect directly the energy dissipation in the hump region.In this paper,3D simulations are carried out using the SST k-ω turbulence model in pump mode under different guide vane openings.The numerical results agree with the experimental data.The entropy production theory is introduced to determine the flow losses in the whole passage,based on the numerical simulation.The variation of entropy production under different guide vane openings is presented.The results show that entropy production appears to be a wave,with peaks under different guide vane openings,which correspond to wave troughs in the external characteristic curves.Entropy production mainly happens in the runner,guide vanes and stay vanes for a pump turbine in pump mode.Finally,entropy production rate distribution in the runner,guide vanes and stay vanes is analyzed for four points under the 18 mm guide vane opening in the hump region.The analysis indicates that the losses of the runner and guide vanes lead to hump characteristics.In addition,the losses mainly occur in the runner inlet near the band and on the suction surface of the blades.In the guide vanes and stay vanes,the losses come from pressure surface of the guide vanes and the wake effects of the vanes.A new insight-entropy production analysis is carried out in this paper in order to find the causes of hump characteristics in a pump turbine,and it could provide some basic theoretical guidance for the loss analysis of hydraulic machinery.     

离心压缩机扩压器叶片不稳定脉动力及气动噪声预测

参照轴流压气机动叶尾迹衰减规律,利用流动损失系数代替叶栅阻力系数,给出了离心叶轮出口粘性尾迹速度亏缺值及其宽度的计算方法。基于薄机翼理论,每个叶片用一组连续分布涡来代替,把环形叶栅片模化成在圆周上连续分布涡组的等分排列,建立了在离心叶轮粘性尾迹作用下扩压器叶片上不稳定力计算式。在此基础上对离心压缩机气动噪声进行了理论计算。并与实测值进行了比较,二者吻合较好。     

万向节——齿轮机构驱动的叶片差速泵

万向节机构当其输入轴与输出轴的轴交角不等于零的时候,具有把输入轴的匀速转动转换为输出轴的非匀速转动的特性。利用这一特性,把两个万向节机构和圆柱齿轮机构组合形成了叶片差速泵的驱动系统。该驱动系统使同轴安装于泵壳内的两个叶轮周期性不等速转动,从而,使两个叶轮的相邻叶片周期性张合,来实现密闭容积变化进而完成吸排液过程。万向节机构的输入轴和输出轴的夹角是影响泵性能的一个关键参数。该角越大,泵的排量也越大,但是,随着此角增大,泵的流量脉动加剧,万向节传动效率降低,使泵的工作性能下降。在实际设计中此角取35°~50°比较适宜。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

Analysis of transient flow in a pump-turbine during the load rejection process

The transient flow in pump-turbines during the load rejection process is very complex. However, few studies have been conducted on three-dimensional (3-D) numerical simulation. Hence, we simulated 3-D transient turbulent flow in a pump-turbine during the load rejection process using the calculation method of coupling the flow with the rotor motion of rigid body. To simulate the unsteady boundary conditions, the dynamic closing process of the guide vanes was simulated with the dynamic mesh technology. The boundary conditions at the spiral-casing inlet and the draft tube outlet were determined using the user defined functions (UDF) according to the experimental data. The numerical results of the rotational speeds show a good agreement with the experimental data. Then, the complex transient flow in the pump-turbine during the load rejection process was analyzed based on the numerical results. The results show that there are severe unsteady vortex flows in the vaneless space near the conditions under which the hydraulic torque on the runner equals to zero. When the pump-turbine operates into the maximum reverse discharge condition in the reverse pump operating process, the unsteady vortex flows in the vaneless space are instantaneously impacted into the region between the guide vanes and the stay vanes by the sudden reverse flows. The formation and development mechanism of the unsteady vortex flow in the vaneless space is associated with the distribution characteristic of the velocity field.     

离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k – e 两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场,并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上,提出设计上的一些改进措施,为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。     

CALCULATION OF SPLITTING VANES AND INNER FLOW ANALYSIS FOR CENTRIFUGAL PUMP IMPELLER

The calculation method for vane numbers is obtained on the intention that it should have no back flow area in the flow passage of centrifugal passage. Then a criterion that the design of splitting vanes of centrifugal compound impeller should ensure that the back flow area ratio be the minimum is proposed. On the basis of the criterion, the slippery theory is used as one of CFD methods to analyze the inner flow field of the impeller of various kinds of splitting vanes design, therefore, the optimized design of splitting vanes is obtained and which agrees with that of some testing results.