多级轴流泵叶轮的三维建模

结合具体的建模实践，介绍了不同叶片长度的叶轮三维模型的建立方法及其关键技术；通过坐标变换、添加辅助线，将不同半径的假想圆柱面上的平面展开图，重新还原到假想圆柱面上，从而实现了多级轴流泵叶轮及混流器的三维造型，给进一步的CFD计算打下了良好基础。     

基于流固耦合的轴流泵叶轮结构分析

为了准确计算轴流泵叶轮的应力分布状况,采用了FLUENT软件与ANSYS软件协同仿真的方法。基于FLU-ENT,N-S控制方程与标准k-ε湍流模型对轴流泵全流道进行了三维流动计算,通过Workbench流固耦合技术传输数据,应用ANSYS对轴流泵叶轮进行了结构计算。通过数值分析,确定了叶片应力集中区域,得出了叶片应力从叶顶到叶根逐渐增大的分布规律。计算结果为轴流泵叶轮的优化设计提供了有利的依据。     

轴流泵叶轮的结构强度有限元分析

主要根据轴流泵工作原理对轴流泵的主要部件叶轮进行结构强度有限元分析,采用三维实体建模的方法,以叶轮的实际工况为输入条件,通过专业有限元软件计算得出叶轮的应力分布情况,并且计算了安全系数,证明分析结果的准确性,并为叶轮的设计制造提供结构强度依据.     

叶片厚度对轴流泵性能的影响

采用RNGk-ε紊流模型计算了轴流泵装置内部的三维紊流流场。通过计算表明,装置在相同的流量下,随着轴流泵叶片厚度减薄,水泵的扬程和轴功率增加,最高效率点向大流量偏移,且最高效率有所提高;叶片压力面的压力增加,使叶轮扬程的增加,而叶片吸力面的压力变化较小,略有增加,使得叶轮空化性能有所改善,最后通过模型试验验证了计算的结果。     

轴流泵叶轮数字化建模与仿真

轴流泵叶轮形状复杂，难以进行三维精确造型。本文采用了NURBS曲线，分析了建模方法，利用建模平台的二次开发接口。实现了叶轮的自动化、参数化建模。该方法可以快速生成高精度的数字化模型，结合数值计算，进行可视化工程分析。有助于改进叶轮的传统研制方法，以缩短研制周期，降低开发成本。     

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。     

基于iSIGHT平台的轴流泵叶片水力性能优化研究

将数值优化技术与CFD流场计算相结合,由数学过程代替设计人员的经验,控制叶片设计修改方向,构建轴流泵叶片自动优化设计平台。以多学科优化软件iSIGHT为基础,以现有优秀的轴流泵叶片模型为研究对象,建立了参数化建模、网格划分、流场计算和数值优化相结合的轴流泵叶片自动优化设计平台。以叶轮效率最高为目标函数,以扬程和汽蚀余量为约束条件,用该平台对设计工况下的初始叶片进行自动优化设计。对比分析优化前后叶片的水力性能,优化后叶片的水力性能有所提高,表明本文采用的自动优化设计方法是有效和可行的。     

基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

基于CFX采用数值模拟方法计算轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距S的变化对泵装置性能的影响。在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上,应用Navier-Stoke方程和标准k-ε湍流模型,通过对轴流泵全流道三维湍流数值模拟,求解了导叶出口处的速度场和压力场。分析了S=9mm,S=12mm,S=15mm 3种情况下,流量、扬程、功率和效率的关系,研究了轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距的变化对泵装置性能的影响。     

采用逆向工程技术对叶轮建模的研究

在引进、消化、吸收国外先进设备的过程中,当设备中一些型面特别复杂的零件难以用测绘的方法表示其结构和尺寸时,可以用逆向工程技术对零件进行复制。整体式斜流叶轮广泛应用在微型燃气轮机等的压气机部件中。叶轮叶片的设计、制造技术直接影响压气机机组的运行性能和可靠性,对压气机起着关键性的作用。主要研究利用逆向工程技术来实现某微型燃气轮机中整体式斜流叶轮的测量、再设计。探索采用PMM-C700三坐标测量机,利用叶片的叶盆边界和叶背边界作为扫描测量边界,进行扫描叶轮叶片表面的方法,实现了叶轮零件的数字化测量。提出叶轮叶片扫描数据处理的有效方法。实现了叶轮叶片的曲面重构。应用UGNX2软件对叶轮叶片的点云数据进行曲面重构,完成了基于UGNX2的叶轮零件建模。     

叶片数对轴流泵压力脉动的影响研究

为了分析叶轮叶片数对轴流泵压力脉动特性的影响,基于标准k—ε湍流模型和N—S方程,在现有的南水北调工程优秀轴流泵水力模型的基础上,通过改变叶轮叶片数对各方案模型进行了数值计算。通过试验手段分析不同位置的压力均方根值及其变化趋势,并将试验结果与数值计算结果进行对比,验证了数值计算的可靠性。研究成果为轴流泵叶片数的选择及轴流泵的稳定运行提供了一定的理论依据。     

三叶折叶浆搅拌流场三维速度分布规律的研究

用激光测速技术测定了三叶折叶浆搅拌流场的三维速度分布规律,通过流场分析发现该类搅拌浆轴向流动特性较差,为进一步研究开发新型高效轴流式搅拌器奠定了基础。     

压缩机叶轮的逆向造型及流场数值模拟

介绍了叶轮的逆向造型和内部流场的数值模拟,应用逆向造型技术对整体压缩机叶轮实现快速三维建模,再对其进行内部流场数值模拟,研究分析叶轮叶片表面的流场、压力分布及湍流等重要的流动现象,以分析检验该叶轮的动力性能,为叶轮的动力性能检测提供了又一种快捷的方法,也为探索压缩机叶型优化设计和进一步改进提供了有价值的物理信息.     

高压离心式压缩机轴向推力研究

采用现代三维计算流体动力学CFD技术,对高压离心压缩机轴向推力进行分析.建立了叶轮间隙和迷宫密封的整体模型,并充分考虑了叶轮两侧密封对轴向推力的影响.     

循环泵内部流场数值模拟及研究

从流体动力学理论基础出发,对循环泵的运用和性能进行分析,利用软件UG和Gambit对循环泵全流道进行了三维建模和网格划分,并利用FLUENT软件对循环泵的吸入室、叶轮及压出室进行了模拟流动计算与分析,得到模拟分析的叶片、叶轮及泵体的速度分布图、压力分布图和绕流图。这种CFD技术在泵水力设计中的应用可以比较准确地了解泵叶轮及通流部件内部的水流运动规律,依据三维紊流场的预测结果调整叶轮内的相关的几何参数,可以保证叶轮内良好的流态,提高叶轮在全运行区域内的性能。     

旋流泵内盐析两相流场的计算及试验研究

为研究流体机械内部伴有盐析的液固两相流动情况,自行设计了旋流式模型泵,采用双流体模型计算了该泵在最优工况下的氯化钠盐析两相流场,并采用先进的激光相位多普勒粒子测速仪测量了泵无叶腔及叶轮内部盐析两相流的三维速度场。将试验结果与计算结果进行对比,验证了计算模型的适用性,并给出了误差分析。通过对试验测得的周向、轴向、径向速度及其对应的脉动速度分布曲线讨论,初步揭示了该型泵内盐析两相流动特征。在整个流道内,盐析晶体颗粒大部分集中于无叶腔,且分布较均匀;进入叶轮后向叶片工作面靠拢;颗粒浓度最低处是在叶轮进口叶片背面靠近叶轮后盖板附近;液固两相在叶轮与无叶腔中的周向速度分布差异明显;两相间速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著。     

UG软件在逆向工程复杂曲面造型中的应用

针对三元叶轮叶片曲面的复杂性,采用具有复杂曲面造型功能的UG软件,运用UG软件中建模模块,采用B样条曲线及NURSB曲面综合运用进行三元叶轮建模,与传统的叶轮设计方法相比,该方法保证了叶轮实体造型的高精度性,并避免了实体在制造中所造成的误差或由于铸造引起的赘余,缩短了研发周期。     

空冷岛轴流通风机内流动力学特征的数值模拟

以OB-100型轴流通风机为研究对象,基于SIMPLE算法对三维椭圆形N-S方程和k-ε紊流模型进行数值计算,得到了叶轮径向流面和轴向流面的动力学特征并进行了分析,总结了两类特征流面压力分布的规律。     

对转轴流泵的设计与数值分析

对转轴流泵是由2个叶轮串联在一起,以相反的方向绕同一轴心旋转的轴流泵.与常规前、后导叶式轴流泵相比,在同样设计参数条件下,对转式轴流泵具有相对体积小、运转速度低、抗空化性能好和推重比高等特点.为探究对转轴流泵的设计理论和方法,设计了一对转轴流泵的前、后置叶轮,应用Matlab软件实现参数化设计,搭建了自动分析优化平台,...     

轴流式管道发电机叶轮设计与优化

叶轮是流体机械中进行直接能量转换的核心部件,其结构参数会严重影响轴流式管道发电机能量转化效率及性能。为了使叶轮获得更好的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能,采用Wilson法设计轴流式管道发电机叶轮的结构,优化叶轮的结构参数,获得性能优异的叶形结构。通过CFD仿真,结果表明:优化结构参数后的叶片能显著改善叶轮的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能。通过实验对仿真进行验证,结果证明了本文设计方法的有效性以及改进后叶轮性能的优越性。对轴流式管道发电机的叶轮结构设计与优化有一定的指导意义。