炉水循环泵内部流动特性研究

炉水循环泵是机泵一体的高温高压无轴封泵,运用ANSYS-CFX软件对365WLB-965型炉水循环泵样机的内部流场进行数值模拟和试验验证。结果表明,在常温常压工况下,数值模拟与真机试验的扬程及效率变化趋势大致相同,扬程基本相符,模拟效率高于真机试验效率。在高温高压小流量工况下,叶轮内部存在少量旋涡,导叶内部旋涡较多;随着流量的增大,流动更加稳定,叶轮流域速度分布更加均匀,导叶内部旋涡越来越少;在1.2Q流量时,流动最为稳定;流量继续变大时,旋涡重新出现,但相对稳定;泵体内部流动紊乱,旋涡较多,局部存在低压区;球体截面直径减小的过程中,旋涡越来越多,旋涡随流量的增大逐渐减少,流动速度随流量的增大逐渐增大。炉水循环泵应避免在小流量区运行,可对其导叶进行优化设计来提高炉水循环泵样机额定工况下的性能。     

介质黏度对旋涡泵内流场及外特性的影响机理分析

为分析介质黏度对旋涡泵不同工况下的内流场及外特性的影响，由数值模拟方法分别对不同介质黏度和不同流量工况下的旋涡泵内流场结构及其外特性进行对比分析。分析结果表明：叶轮及侧流道内流动沿叶轮旋转方向从泵的进口至出口逐渐趋于稳定，各纵向截面上存在明显的纵向旋涡和径向旋涡，随着流量的增大，叶轮及侧流道内的纵向旋涡及径向旋涡强度逐渐减弱，叶轮做功能力逐渐降低，泵的扬程逐渐下降，叶轮内湍动能耗散及叶轮内的涡量分布均随着流量的增大而减小。随着介质黏度的增大，各纵向截面上的纵向旋涡和径向旋涡强度均逐渐减弱，旋涡泵内湍动能耗散随粘性的变化更为显著，其随着介质黏度的增加而显著增大。在各流量工况下，旋涡泵的扬程及效率均随着介质黏度的增加呈下降趋势；在小流量时，扬程及效率随黏度的增大而下降的趋势较为平缓，但在大流量工况时，扬程及效率随着黏度的增大而急剧下降。     

基于CFD的双流道泵内流特性分析

针对双流道泵小流量工况效率低、运行稳定性差等问题,通过CFD数值分析,对0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d工况下叶轮流动特性进行了压力、速度分布和隔舌处的压力脉动分析研究。结果表明:叶轮内压力分布存在明显的对称性,泵内各压力梯度所占区域随流量增加而增加,压力分布逐渐向高压区移动。叶轮截面1的速度随着流量增加而逐渐增大。在叶轮截面2内,叶轮内速度随着流量的增加而增加。叶轮进口旋涡随着流量增加而逐渐减小。流体经过截面2旋涡后,在截面3两侧流道内分别形成两个单独流动旋涡。在叶轮截面3内,叶轮流道内速度随着流量增加逐渐上升。隔舌处压力脉动具有周期性。设计工况下相邻波峰与波谷相差31.3 kPa。     

关于旋进旋涡流量计检定方法的几点探讨

旋进旋涡流量计属于速度式流量计,根据其结构类型可分为不带流量积算仪的旋进旋涡流量计,带流量积算仪、无温压补偿的旋进旋涡流量计,带流量积算仪、带温压补偿的旋进旋涡流量计等三类。针对这三类旋进旋涡流量计有不同的检定方法,特别是对带流量积算仪、带温压补偿的高压旋进旋涡流量计,如果在常压流量标准装置上检定则需要分别对其瞬时工况流量及配套的流量积算仪、压力传感器、温度传感器进行检定,才能最终判定其计量性能。     

渣浆泵叶轮湍流场模拟及颗粒轨迹分析

为提高渣浆泵的抗磨性能并优化泵的设计,采用RNG κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法对多工况下渣浆泵叶轮内部清水流场进行了数值计算,得到叶片表面相对速度矢量分布,分析了叶片表面回流、旋涡现象;基于单颗粒动力学模型,采用拉格朗日法计算了多工况下固相颗粒的运动轨迹,分析不同粒径颗粒对叶片表面磨损的影响。结果表明：叶片压力面进口在大流量工况下开始出现回流,而叶片吸力面进口则在小流量工况下回流、旋涡严重,叶片进口的回流、旋涡不仅容易引起NPSHr增高,诱发空化现象,还会导致颗粒聚集、反复冲击该区域;在小流量工况下,叶片压力面出口和吸力面出口均出现大区域的回流,甚至延伸至叶片中段,随着流量增大,回流和旋涡区域逐渐缩小,由此可见叶片出口在小流量工况下的磨损比较严重;其他因素一定时,固液混合物的流量越小,颗粒在进入叶片流道前停留的时间越长,导致颗粒与叶片头部的碰撞概率增大;随着颗粒直径增大,颗粒向叶片压力面靠近的趋势越明显,与压力面的碰撞机会也增多,从模拟结果可以看到,该叶轮对1mm以上的大颗粒适应性不好,在设计流量工况下,0.5~1mm粒径范围内颗粒适应性最好。     

蜗壳断面形状对泵径向力平衡影响的研究与探讨北大核心

本文对采用梯形断面、圆形断面、矩形断面的3种不同断面形状的单蜗壳泵和多蜗壳泵内部流场进行CFD数值模拟分析,研究其径向力的平衡。研究表明,断面形状对泵的径向力及扬程、效率有一定的影响。在小流量工况点时,单蜗壳泵采用圆形断面,多蜗壳泵采用矩形断面径向力较小;在设计流量工况点时,不同断面的多蜗壳泵径向力较单蜗壳泵大;在大流量工况点时,单蜗壳泵采用矩形断面,多蜗壳泵采用梯形断面径向力较好。研究结论对双蜗壳泵的设计和实际生产都有一定的指导意义。     

气体旋进旋涡流量计信号处理实验研究

针对旋进旋涡流量计抗干扰能力差的问题,分析流量计工业应用中存在的干扰信号,提出了一种基于频谱分析的信号处理方法。设计信号采集电路并搭建实验平台,分别采集高流量区和低流量区的瞬态冲击振动信号和旋涡信号,结合FFT与经验模态分解提取频谱中幅值最大值对应的频率即为旋涡信号频率。在管道受瞬态冲击振动的条件下,对实验样机进行性能测试,低流量区的最大测量误差和重复性分别为-0.5%和0.4%,高流量区的最大测量误差和重复性分别为-0.9%和0.24%,均符合相关标准,实验结果表明该方案可以有效减小外部干扰对旋进旋涡流量计测量的影响。     

不同级数电潜泵失速演化及级间差异性研究

当电潜泵在小流量工况下运行时会出现失速现象,并出现一系列的负面影响,严重影响机组的安全性和稳定性。为了研究失速工况下电潜泵内部的旋涡演化及其级间差异性,文中对单级、两级和三级电潜泵进行数值模拟研究,重点讨论了设计工况、临界失速及深度失速工况下电潜泵的内外特性。结果表明：在设计工况和临界失速工况下,首级叶轮流道内部出现多个旋涡结构,次级与末级叶轮内流动顺畅。在深度失速工况下,单级、两级和三级电潜泵首级叶轮内部均存在着大尺度的回流涡,并伴随着强烈跨流道溢流现象;流道内部各种旋涡聚集糅杂形成涡团,对流道出口处产生严重阻塞。电潜泵首级叶轮进口处大尺度旋涡结构、各级叶轮同步失速以及导叶内强烈的分离涡共同导致扬程骤降,同时造成极高的能量损失。该研究为完善电潜泵设计方法提供了理论基础。     

离心泵叶轮内流场PIV研究

在不干扰流场的情况下，利用PIV流场测试系统对离心泵内部流场进行高精度测量。通过对离心泵设计工况和大、小流量工况下叶轮内部流场测试，获得了流道中相对速度分布图。对三种工况下叶轮内的相对流动及绝对流动进行了分析，讨论了相对速度在叶轮内的变化规律，验证了轴向旋涡的产生位置，为泵的水力设计提供了依据，实验结果令人满意。     

半螺旋形吸水室设计方法探讨

在单级双吸离心泵的设计中，半螺旋形吸水室应用极为广泛。本文通过对单级双吸离心泵吸水室内的液体流动分析，考虑到压出室外壁对流动的影响，将吸水室流道分为旋涡区和有效过水流道两部分，并分别对旋涡区的确定方法以及有效过水流道断面面积取值方法加以总结，完善了单级双吸离心泵半螺旋形吸水室设计方法。     

影响离心蜗壳内速度场分布的流量因素

利用ＬＤＶ 测量了矩形断面离心蜗壳内的速度场，通过比较１００ ％ 、６０ ％ 和２３ ％ 设计流量工况下离心蜗壳内的流动分布，分析了流量对离心蜗壳内速度场的影响。     

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.     

离心泵叶轮区瞬态流动及压力脉动特性

目前离心泵过流部件的瞬态流动分析主要集中在蜗壳内,对旋转叶轮区内的流动特性研究较少。基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格,对不同工况下离心泵内部瞬态流场进行数值模拟,计算得到的离心泵扬程和效率曲线与试验结果吻合较好。在离心泵叶片正背面分别设置3个监测点,分析叶轮区压力脉动特性。结果表明,设计工况下叶片正背面压力脉动的主频为叶轮转频或2倍叶轮转频,非设计工况下其主频均为叶轮转频。从叶轮进口到出口,叶片正背面的压力脉动最大幅值都逐渐增大。同一监测点上压力脉动最大幅值在小流量时最大,约为设计工况下5倍。分析小流量工况下叶轮内部相对速度分布,叶轮出口处附近随时间变化的旋涡是内部流动不均匀的主要原因,使得离心泵在该工况下运行效率低、压力脉动强度大。     

旋涡泵内纵向旋涡影响机理分析

为进一步研究旋涡泵内部流场特点,阐述旋涡内纵向旋涡对旋涡泵外特性的影响机理,本文通过试验测得某旋涡泵的流量-扬程特性曲线,并与数值计算结果相对比,验证SST k-ω湍流模型应用于旋涡泵数值计算中的准确性;通过分析6个轴向截面和15个周向截面的流场特征,研究纵向旋涡的形成和消失与压力速度变化的联系。结果表明:旋涡泵内可分为进口区、加速区、线性区、减速区、出口区和隔舌区;旋涡泵叶轮与流道的动量交换不仅仅发生在叶根和叶尖区域;线性区内纵向旋涡周期性的产生与消失使流体压力升高了总压升的85.7%;出口区和隔舌区内纵向旋涡的消失使进口区压力突降了35%,隔舌区速度突降了60%。     

前向多翼式离心风机蜗舌附近流场的PIV试验研究

对前向多翼式离心风机建立了性能及流场测试台位,性能试验重复性良好。用粒子图像速度场仪(Particleimage velocimetry,PIV)技术对蜗舌附近速度矢量场做了详细的变工况测量及分析。结果表明,蜗舌附近的主要流动特征由冲向蜗舌的速度矢量方向及蜗舌周围滞止区的影响范围所决定。小流量时,滞止区影响范围主要在蜗舌间隙流道内,造成速度矢量向叶轮内偏斜,蜗舌下游易形成分离旋涡而恶化;大流量时,滞止区影响范围偏向蜗壳出口流道,蜗舌间隙流动较好。此外,在蜗舌间隙沿轴向不同位置返回蜗壳的流量也不同,这主要与叶片不同段做功能力不同有关。     

介质流向对偏心旋转阀冲蚀的影响

针对某石化公司DN50-ANSI600偏心旋转阀在恶劣工况下的冲蚀问题,采用Fluent软件对其流开和流闭两类模型的流量特性以及实际工况流场特性进行了仿真分析,研究了介质流向对阀门冲蚀的影响。结果表明:两种流向的流量特性曲线趋势相同,但流闭更有利于流体流动;两种流向的有效流量调节开度均在0~70°;开度越小,流体流动越紊乱;流闭模型腔内旋涡远少于流开模型,流动稳定性更好,更有利于防止阀门的冲蚀破坏。在某些工况,若流开的阀门冲蚀、振动和噪声严重,可以考虑采用流闭流向。     

低比转速离心泵叶轮内三维流场PIV试验及数值仿真

为研究低比转速离心泵内部流场分布情况，借助于PIV试验，结合数值仿真方法对一台叶轮直径为187 mm、比转速为70的离心泵叶轮通道流场进行了测量及数值模拟计算。为对比不同湍流模型计算结果的可信度，分别采用Standard k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型进行计算，并将流场计算结果与PIV试验结果进行了对比。研究结果表明：在小流量工况下，叶轮通道内速度分布较不均匀，在通道后半区域靠近叶片工作面存在明显的低速区，叶片背面的中前部区域附近出现高速区；随着流量增大，叶轮通道内部速度分布渐趋均匀，水流出口角增加。三个湍流模型计算结果与试验结果吻合较好，尤其是对低速区的模拟较好。对比三个不同的湍流模型，在小流量工况及设计流量工况下，RNG k-ε模型计算结果与试验值更为接近；在大流量工况下，Standard k-ε模型计算结果与试验值吻合更好。对比离心泵整体性能表现，扬程、效率计算结果均远高于试验测量值。     

忽扩燃烧室回流区截面二维温度场数值化研究

采用机器视觉和非接触辐射测温理论和技术，建立了忽扩燃烧室回流区断面图像的二基色信息与温度的关系模型，实现了回流区火焰断面坐标的温度值在线测量，并绘制了断面二维平面投影的温度场等高线。煤气燃烧实验结果表明，这种测温技术是可行的，它实现了忽扩燃烧室燃烧状况的在线监测与诊断，为分析预测燃烧过程、改进燃烧器和确保工况安全稳定运行提供了有效的监控调节手段。     

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。     

高马赫数离心压缩机模型级叶轮叶型优化

应用NUMECA软件对Mu2=1.21的高马赫数离心压缩机模型级在设计工况下进行三维流动数值模拟。分析叶轮内部流场时发现,叶轮叶片出口吸力面处流动发生分离并伴随有较大的旋涡,且在叶顶处尤其明显。这一现象增加了流动损失,导致模型级效率以及工作范围达不到要求。针对这一问题,提出了改进措施。应用NUMECA流体分析软件中的AUTOBLADE和DESIGN3D模块,对叶轮叶片中弧线型线进行调节改进。改进后叶轮流动中的分离与旋涡现象消失,且叶轮等熵效率在设计工况下增加了4.58%,模型级变流量工作范围也扩大了5.83%,从而满足了设计性能的要求。结果表明,控制叶轮叶片型线角度分布,可以有效地改善叶轮流场,消除近壁面分离和旋涡现象,从而提高整级的性能。