离心叶轮内部流场计算机仿真及分析

大型电机的冷却通常采用直叶片的离心叶轮,其内部的流动结构及其随工况的变化对叶轮性能及电机冷却效果有重要影响.为减少对实验的依赖,提高改型设计的可靠性,采用全三维的Navier-Stokes方程,建立了离心叶轮的计算机仿真模型,结合湍流模型及相应的计算网络及边界条件,可以完成对叶轮性能及内部流场的计算.用仿真模型针对一实际应用的离心冷却风机叶轮进行了数值仿真计算.并对计算结果进行了详细的对比分析,得出了不同工况下详细的流场结构,包括相对速度在叶轮通道中的分布及相对速度流线图.揭示了小流量工况下流动分离及效率降低的机理,将冷却风扇叶轮的总体性能与内部的流场结构进行了关联.研究结果表明离心叶轮内部流动分离是导致其性能下降的主要原因.     

离心泵叶轮内流场的计算机仿真

离心泵由于其复杂的几何结构,所以内流场结构也极其复杂,呈强烈三维紊流特性.在目前的理论水平与实验条件下.只有依靠精确的计算机仿真,才能获得其内流场的详细分布.文中通过求解三维紊流N-S方程、利用标准紊流模型封闭方程组,运用多重网格法、残差光顺等加速收敛技术,对一低比速离心泵叶轮进行了仿真计算.得到的计算结果与实验值吻合,证明了文中所用模拟方法的正确性;在此基础上详细观察、分析了其内流场特性,得到了其流速与压力分布规律,并捕获到了二次流现象.     

用多重网格法数值预测高速离心叶轮三维流场

研究离心叶轮压气机性能优化问题,针对发展迅速、准确预测复杂流动离心压气机的性能设计是非常必要的.传统方法用显式时间推进法效率低、收敛速度慢等缺点,采用隐式残差光顺以及基于变分原理的多重网格方法,具有计算效率高、收敛速度快等特点的数值仿真,采用改进的数值算法对内部三维粘性流场进行了数值仿真,给出了多重网格重数对收敛速度的影响,数值预测了不同流量下的流场流动情况,并与实验结果进行了比较.研究结果表明,多重网格可以有效地加速收敛,数值结果与试验结果吻合较好,改进的数值方法可以较好的预测离心叶轮的性能.     

小型轴流风扇内外部流场的数值研究

小型轴流风扇的性能及降噪研究建立在流场研究的基础之上。通过对风扇VD8025的Fluent数值模拟,展开了其内外部流场的分析研究,结论如下：在叶片吸力面（非工作面）侧存在主要由边界层分离引起的分离涡,在叶片压力面（工作面）侧顶部间隙存在二次流引起的叶顶间隙涡,沿轴向存在有限叶高诱导双旋涡。对风扇内部流场的速度分布进行了定量分析,分析的结果说明了上述旋涡等流动情况的存在。由风扇出口管道速度分布的定量分析可得,对于所研究的风扇,距离风扇出口120 mm处为排风最佳位置。     

离心风机整机三维数值仿真方法及分析

离心风机的性能特征与其内部流场结构是密切关联的,某些简化模型下对风机内某个部件或某个流道做的数值仿真并不能准确反映蜗壳与叶轮之间的相互作用.为了解其性能变化的根本原因,达到优化风机性能改善系统特性,需要对整机进行详细的流场结构分析.在软件Numeca的Fine/ Turbo模块上,采用壁面函数法,对某离心风机在设计转速下不同工况点进行了数值仿真,与已有的试验数据对比,吻合较好,并准确反映了蜗壳与叶轮之间的相互作用,为风机的设计和性能优化提供了可信的理论依据.     

轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。     

电潜离心泵内流场及外特性的数值模拟分析

针对目前油田使用的两种不同叶导轮结构的电潜离心泵,包括传统径向流泵和聚驱用混向流泵,采用计算流体动力学(CFD)研究方法,建立电泵内流场的数值仿真,在流量80～200m³/d范围内,研究泵输送不同运动黏度为1～40mm²/s介质时特性差异。在介质黏度为1和40mm²/s,流量为80～180m³/d工况下,使用FLUENT软件选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法进行求解,分析两种泵在不同工况下的内部流场变化规律,通过流场分析探究叶轮结构对泵外特性的影响机制。仿真得到泵的扬程、效率曲线,发现泵性能出现变化的工况点与叶轮内流场分析结果相对应,并根据泵叶轮的内流场分布和泵的性能曲线分析两种泵所适用的工况。结果表明,径向流泵适用于大流量和高黏度工况,混向流泵适用于较低流量和中低黏度工况,为不同工况下泵的选择及泵的优化提供理论依据。     

离心式甲铵泵汽蚀原因分析及其数值模拟

某石化公司的RON 2×14型离心式甲铵泵,其在运行过程中出现振动高,电流高等故障,停泵检修后发现第一级叶轮出现汽蚀现象。汽蚀现象是离心泵比较常见的失效形式之一,引起汽蚀的原因很多,叶片内部复杂的湍流就是产生汽蚀的一个主要原因。随着计算机技术和计算方法的发展,计算流体力学(CFD)技术已实现了对离心泵内部流动状态的合理仿真分析,采用数值模拟方法来研究离心泵内流体流动规律,使得利用数值仿真结果来指导泵的设计成为可能。本文应用CFD软件CFX研究该甲铵泵的内部流体流动,分析该甲铵泵汽蚀的产生原因,对其汽蚀特性进行数值仿真模拟,分析总结甲铵泵内汽—液两相流体的分布规德,实现改善该泵的汽蚀性能的目的。     

短叶片长度对固液离心泵内流场影响的模拟研究

为了研究短叶片长度对长短叶片离心泵叶轮内固液两相流场的影响,应用CFD软件对5种不同短叶片长度的离心泵中的固液两相流场进行数值模拟,分析并对比5种离心泵中压力及固相体积浓度变化规律.结果显示:5种离心泵中的压力沿着半径增大方向呈增大趋势;且相同半径处,工作面压力总是大于吸力面;在一定程度上减小短叶片长度,压力分布更均匀,颗粒浓度的变化曲线更平缓,同时叶轮中固相颗粒的高浓度区域大大减小,从而能够减弱各种不稳定因素的影响,保持良好的流动状态,提高离心泵的水力性能和抗磨损性能.所得结论为离心泵的改良和设计提供非常有价值的理论基础.     

带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

机匣处理技术足工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段.然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况.现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的雎气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理.     

高压压气机动叶叶尖间隙流动数值仿真研究

运用NUMECA CFD对某高压压气机12级动叶尖部间隙流场进行数值仿真,并与无间隙条件下的流动情况进行对比、分析,详细揭示了动叶叶尖间隙区域的流动特征.结果表明无叶尖间隙时压气机并不能获得最优的性能参数;叶尖间隙的存在使得在动叶尖部形成表现为多种复杂涡结构的泄漏流;叶尖问隙在较小范围变化时,压气机的性能参数变化显著,在最佳间隙0.135mm时压气机获得较高增压比和等熵效率,但当叶尖间隙超过临界值继续增大,压气机性能急剧下降.     

高速燃油离心泵内流场分析和气蚀过程仿真

采用混合两相流模型和气蚀模型,采用两种网格技术多参考系模型和滑移网格模型对某型航空发动机高速燃油加力离心泵内流场和气蚀过程进行了二维数值仿真.首先使用多参考系模型得到稳态非气蚀流场,然后作为初始条件引入滑移网格技术同时加人气蚀模型对气蚀全过程进行了瞬态仿真.不仅良好地模拟出泵腔内空泡初生、发展、消失的瞬态全过程,同时发现了稳定的瞬态压力场和气泡体积分数场的周期性发展规律,并揭示这一规律由排出管引起.详细分析了气蚀易发生位置的空间分布,排出管对气蚀发生的影响,高度空化流中蜗室出口壁面处气蚀破坏及其成因.仿真结果与实物气蚀破坏情况符合良好,对认识高速离心泵内燃油流动,预测并克服气蚀发生有指导意义.     

基于边界层理论的固液两相流离心泵CAD

建立固液两相流离心泵边界层理论模型,分析叶片近壁表面流动状态,解决困扰两相流离心泵的两大问题:能耗大,寿命低.基于边界层理论,开发出了自上而下的固液两相流离心泵CAD系统,改变了传统设计方法.     

离心泵变频调速与节流分程协调节能控制

离心泵的变频调速是目前广泛采用的流量调节方法,高效节能是其最大优点,但是当流量降低时,可能造成压头过低而影响后续流程.对此,提出离心泵的变频调速与节流分程协调节能控制方法,当阀后压力大于一定值时,由流量控制器调节离心泵转速以改变泵的出口流量,当阀后压力小于一定值时,由流量控制器调节阀门开度以保持控制点需要的实际压头基本恒定,而中间段由转速和阀门开度协调控制,从而能够同时满足管路控制点所需的压力及流量.实验模拟效果证明了控制方案的可行性,并且流量与压力二者分程协调控制的节能效果显著.     

涡轮叶尖间隙动态建模的LS-SVM方法

为了延长现代航空发动机的工作寿命,提高其工作性能及降低耗油率,叶尖间隙主动控制技术成为国内外的一个研究热点。叶尖间隙的动态建模是实现叶尖间隙主动控制的关键技术。为此,首先对涡轮叶尖间隙的变化机理进行初步分析,分析了涡轮叶尖间隙在温度、离心力及机动飞行下的变化规律,然后,研究了适用于叶尖间隙动态建模的最小二乘支持向量机方法。仿真结果表明:最小二乘支持向量机在叶尖间隙动态建模中具有良好的实用性及可靠性,即使叶尖间隙的动态变化存在严重非线性,也仍然有效。     

管道中涡轮流量计流动噪声的测量分析

涡轮流量计是测量管道中流体流量的常用仪器,但其测量过程中会产生附加噪声,影响管道系统中流体机械流动噪声的测量研究。在离心泵流动噪声试验系统上对涡轮流量计测量过程中产生的附加噪声进行了测量分析,搞清了其声学特性及其对流体机械流动噪声测量的影响,提出了在流体机械流动噪声测量过程中消除涡轮流量计流动噪声的方法。     

Investigation of an efficient shape optimization procedure for centrifugal pump impeller using eagle strategy algorithm and ANN (case study: slurry flow)

Investigation an efficient shape optimization method for centrifugal pump and other turbo-machine is significant to reduce time consumption of process and increase accuracy and modification. For analysis an efficient shape optimization procedure, slurry flow in centrifugal pump is investigated. Since a centrifugal water pump has been not designed to carry out slurry flows, its performance decreases and energy consumption of this kind of pump increases. Therefore, improvement of performance and reduction of energy consumed for these pumps are the major issues. Since the performance of a centrifugal pump strictly depends on its impeller shape, in this study, the shape of impeller was optimized in order to achieve a higher efficiency for slurry flow. To optimize the impeller geometry and to improve the performance of Berkeh 32–160 pump as for the case study, Artificial Neural Networks (ANN) and Eagle Strategy (ES) algorithms have been coupled with a validated 3D Navier–Stokes equations for two phase flow based on Eulerian-Eulerian model. In the next step, the pump experimentally tested in an established slurry flow test rig in laboratory. Measured data were used to verify the numerical results of initial pump with slurry flow. Finally, the complete numerical characteristic curves of the pump with the optimized impeller were compared to the validated numerical characteristic curves of that with the initial impeller to verify optimization. An efficiency improvement of 3.33% at only 9.9% increasing of head has been obtained for optimized geometry. The results indicated a reasonable improvement in the optimal design of pump impeller and a higher performance using the ES algorithm. Furthermore the ES and PSO algorithm was compared and results shows that ES is efficient than PSO algorithm in this application and this methodology is more efficient than other surrogate methods.