蜗壳宽度对风机性能影响的数值分析

离心风机蜗壳的最佳宽度问题,目前工程中还没有得到完全解决。本文利用数值分析的方法,通过选择不同的蜗壳宽度参数,对4-72、5-48、6-30等三种常用后弯叶片离心风机进行空气动力学计算分析。计算结果表明,合理选择蜗壳宽度参数可以改善蜗壳内部流动特性,提高通风机空气动力性能。     

三维叶片技术对离心风机流场结构的影响

为对离心风机叶轮内流动进行有效控制,应用弯叶片和掠叶片的三维叶片技术于某型离心风机。根据积叠线在周向和在子午面内变化方式的不同,数值模拟正弯、反弯、前掠、后掠、前倾、后倾、前掠正弯、后倾正弯八种三维设计叶片。通过比对不同三维设计叶片的展向和型面的压力分布、吸力面的壁面极限流线,研究不同叶片对叶栅流道流场结构的影响。正弯、前掠、后倾、前掠正弯、后倾正弯叶片能增大吸力面与前盘之间的端部角区的压力梯度,将端区低能流体推向主流区,减少端区低能流体堆积,控制分离;同时,增加叶片近前缘处的叶片负荷,分离尺度减小。反弯、后掠和前倾叶片则作用结果相反,端区低能流体堆积,分离起始点前移,分离尺度增大,近前缘处叶片负荷减小。     

离心风机叶片优化设计及气动分析

离心风机是工业生产中重要的耗能部件,优化效率并且提升离心风机的总压对于节能减排具有重要的意义。通过数值模拟的方式,对离心风机的流动状态等进行模拟,并且对离心风机的性能进行分析,完成优化,为以后同类型的离心风机的研究提供借鉴和参考。利用CFturbo对叶片不同的几何形状进行建模,ICEM对模型进行网格划分,使用FLUEN T进行数值模拟计算,之后更改叶片的几何形状,重复以上步骤,将所得到的数据与原型进行比较。在掌握一定数值模拟的基础上,通过比较气动性能等方法,寻找出优化后的离心风机模型,为以后进行离心风机的优化提供了模板,并且为离心风机的优化方式提供了一定的方向。     

主通风机高效低噪叶片的设计

通过分析叶片形状对风机噪声的影响,引入了弯掠叶片的概念,并设计出周向前弯、前掠和弯掠组合3种型式的高效低噪叶片.     

采用分组模型的高比转速离心风机改进设计

为了提升某高比转速离心风机的气动性能,采用分组设计的方法,结合试验和数值模拟依次对原始风机的叶轮、蜗壳和集流器进行了改进设计。结果表明：叶轮前盘型线对高比转速离心风机的气动性能影响较大,仅对叶轮前盘型线改进设计后,风机的全压和效率分别提升了9.64%和8.91%;双圆弧叶片相较于单圆弧叶片具有更高的设计自由度,可实现对叶轮内部流动更加精细的控制,当双圆弧叶片的相对半径系数和相对叶片角系数分别取0.7和0.3时,全压效率值为87.43%;经过分组改进设计后的风机在设计工况下的全压和全压效率较原始风机分别提升了17.84%和12.79%,最高效率值为88.58%,内部流场得到优化,流动损失明显减小,性能得到全面提升。采用分组模型的改进设计方法可以有效地提升离心风机的气动性能,具有实际工程应用价值。     

离心风机叶片斜切的计算与试验研究

叶片进口端斜切可以改善离心叶轮进口流动,提高风机性能。本文采用采用数值仿真对斜切前后风机内部流场进行了分析,揭示了斜切处理对风机性能的影响。样机试验表明叶片斜切能够对风机性能产生有效的改善作用,对离心风机节能改进具有较高的应用价值。     

采用吸力面仿鱼形叶片的多翼离心风机气动性能研究

为了更好地实现叶片表面的流动控制,提升多翼离心风机的气动性能。本文突破传统仿鱼形叶片型线设计的局限性,基于优化叶片中弧线和鱼体单侧轮廓线发展了一种吸力面仿鱼形叶片。首先采用Box-Behnken响应面实验设计方法对叶片的进口角、出口角、叶片数和轮径比进行参数化设计,通过二次回归拟合得到叶片参数与风量的函数关系及最优参数组合。然后将鱼体单侧轮廓线应用在具有最优设计参数的叶片上,以提升多翼离心风机的气动性能。通过数值模拟方法研究了叶片仿生设计对多翼离心风机气动性能的影响,揭示了吸力面仿鱼形设计叶片的流动控制机理。与原型相比,采用吸力面仿鱼形叶片的多翼离心风机风量增加了8.4%,效率提升了6.73%。研究结果表明：吸力面仿鱼形叶片的叶道内的流场分布明显优于单圆弧等厚叶片和传统仿鱼形叶片,其压力面型线保留了单圆弧等厚叶片的流动控制性能,吸力面型线仿生设计改善了叶片吸力面的流场分布,有效抑制了蜗舌处及其下游通道内的流动分离,提高了多翼离心风机叶轮的做功能力。     

小型多翼离心风机叶片斜切分析及试验研究

在小型多翼离心风机叶轮的设计中采用叶片进气端斜切,通过改变风机进口结构来改善气流在进口转弯处流动的不均匀特性,可以有效提高风机性能.本文依据CFD理论,分别对原风机叶轮以及采用两种不同斜切叶片方式的叶轮,利用Solidworks及其数值模拟模块Flow Simulation建模并模拟计算,对比分析得出了叶片斜切对风机性能的影响,并以此为依据制作三种风机实体进行性能试验对比研究,结果表明风机叶片斜切对改善风机性能有着重要影响.     

小型离心风机噪声源的主动控制

通过对离心风机噪声源的分析，进一步确认空气动力性噪声最强。为控制空气动力性噪声，分别对径向叶片缩减、叶片的前弯与后弯、倾斜叶片、倾斜蜗舌等不同情况下进行实验。由实验看出，采取适当的方法，可使离心风机的空气动力性噪声有一定的降低。     

叶片型线对离心风机性能影响的研究

首先对某采用双圆弧叶片的高效离心风机进行实验和数值对比,并在叶轮前盘形状、轮盖和叶片进出口安装角都相同的情况下,分析了采用双圆弧叶片和等减速叶型的模型风机的性能变化。结果表明,使用双圆弧长短叶片风机模型的稳定工况范围更宽、全压更高,等减速模型则在设计流量和小流量下效率更高、流动损失更小。     

High-efficiency design optimization of a centrifugal pump

Design optimization of a backward-curved blades centrifugal pump with specific speed of 150 has been performed to improve hydraulic performance of the pump using surrogate modeling and three-dimensional steady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis. The shear stress transport model was used for the analysis of turbulence. Four geometric variables defining the blade hub inlet angle, hub contours, blade outlet angle, and blade angle profile of impeller were selected as design variables, and total efficiency of the pump at design flow rate was set as the objective function for the optimization. Thirty-six design points were chosen using the Latin hypercube sampling, and three different surrogate models were constructed using the objective function values calculated at these design points. The optimal point was searched from the constructed surrogate model by using sequential quadratic programming. The optimum designs of the centrifugal pump predicted by the surrogate models show considerable increases in efficiency compared to a reference design. Performance of the best optimum design was validated compared to experimental data for total efficiency and head.     

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。     

基于正交设计法的中比转速泵无过载优化设计

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,选取导叶喉部面积、叶片数、叶片包角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角、叶轮进口直径7个参数为变量,运用正交设计法制定七因素三水平正交方案L18(37),借助数值模拟方法对泵的性能进行预测,通过分析得到了几何参数对中比转速离心泵性能影响的主次顺序:叶片数对扬程和效率的影响起主要作用,叶片包角对轴功率的影响起主要作用;正交优化方案的数值模拟结果表明,该方案既满足无过载性能的要求,又保持了较高的效率,可为中比转速离心泵无过载设计提供参考。     

Effects of Blade Number on Characteristics of Centrifugal Pumps

The blade number of impeller is an important design parameter of pumps,which affects the characteristics of pump heavily.At present,the investigation focuses mostly on the performance characteristics of axis flow pumps,the influence of blade number on inner flow filed and characteristics of centrifugal pump has not been understood completely.Therefore,the methods of numerical simulation and experimental verification are used to investigate the effects of blade number on flow field and characteristics of a centrifugal pump.The model pump has a design specific speed of 92.7 and an impeller with 5 blades.The blade number is varied to 4,6,7 with the casing and other geometric parameters keep constant.The inner flow fields and characteristics of the centrifugal pumps with different blade number are simulated and predicted in non-cavitation and cavitation conditions by using commercial code FLUENT.The impellers with different blade number are made by using rapid prototyping,and their characteristics are tested in an open loop.The comparison between prediction values and experimental results indicates that the prediction results are satisfied.The maximum discrepancy of prediction results for head,efficiency and required net positive suction head are 4.83%,3.9% and 0.36 m,respectively.The flow analysis displays that blade number change has an important effect on the area of low pressure region behind the blade inlet and jet-wake structure in impellers.With the increase of blade number,the head of the model pumps increases too,the variable regulation of efficiency and cavitation characteristics are complicated,but there are optimum values of blade number for each one.The research results are helpful for hydraulic design of centrifugal pump.     

水轮机模式液力透平叶片进口安放角影响分析

针对转轮叶片进口安放角 β1对超低比转速水轮机模式液力透平性能影响规律认识不足的问题,在超低比转速范围内,考虑液力透平水力性能,取不同 β1建立超低比转速混流式转轮三维模型,配合过流部件构建超低比转速水轮机模式二级液力透平模型,采用ANSYS FLUENT仿真软件对液力透平内部流动特性和能量特性进行计算,对比数值模拟结...     

Visualization of relative flow patterns in centrifugal blood pump

This paper presents computational and flow visualization results on a centrifugal blood pump. 4 impeller designs were tested at a rotational speed of 2000 rpm using blood analog as working fluid. All impellers have seven blades but of different geometry (Impellers A3, A4, B2 and R7). Flow visualization within the impeller passages was conducted using an image de-rotation system. A pair of large scale vortices was found within the blades of impeller R7 while a single vortex was found in most of the passages of backward facing impellers (Impellers A3, A4 and B2). To establish the effects of blade geometry on blood cells, CFD was used to simulate the blade to blade flow to provide an estimate of the maximum shear stress. The results showed that though most of the stresses within the blade passages are below a threshold level of 150 N/m² for extensive erythrocyte damage to occur, there are some regions near to the leading edge of the pressure side where the shear stresses are above threshold level.     

离心风机不同叶片型式下的气动性能研究

本文针对风机叶轮内流动损失问题,设计加工了4种不同型式的叶片,并通过试验对比分析了各型式叶片对风机气动性能的影响.测试结果表明:改进叶片形式可有效改善叶轮内流动,改进风机结构,提高运行效率.     

长短叶片离心泵汽蚀性能数值模拟分析及实验研究

为提高离心泵的汽蚀性能,利用CFD数值模拟分析与实验研究相结合的方法对长短叶片离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部气液两相的分布规律进行分析研究,分析了3种不同短叶片进口直径在不同汽蚀工况时气泡分布情况对叶轮内部流动和性能的影响。分析结果表明:选择合理短叶片的进口直径可以有效提高离心泵的抗汽蚀性能,避免叶轮进口堵塞和流道内发生漩涡汽蚀。当汽蚀余量减小到一定程度,离心泵短叶片进口直径为0.65D2(D2为叶轮外径)时,在长叶片和短叶片的背面都会出现漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.75D2时,在长叶片背面与短叶片工作面间的流道内会出现两个漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.85D2时,离心泵的抗汽蚀性能最佳。     

叶片数对离心泵叶轮失速特性影响研究

为研究叶片数对离心泵叶轮失速特性的影响,以4种不同叶片数的离心泵叶轮为研究对象,采用改进的亚格子模型(Sub-grid scale model,SGS)对叶轮的内部流场进行数值模拟,得到不同叶片数的失速团的运动规律,以及失速频率、失速团个数、转速等特性参数。研究表明,叶片数对叶轮内部失速团的类型有显著影响,当叶片数为偶数时,会发生"交替失速"流动现象;当叶片数为奇数时,会发生"旋转失速"流动现象。另外,叶片数对失速团特征参数也有一定影响。当发生"交替失速"时,叶片数增多,失速团的数量也随之增多,失速频率也随之变化,4叶片叶轮失速团的失速频率约是6叶片的2.4倍;而当发生"旋转失速"时,叶片数增多,失速团的数量也随之增多,转速也随之增大,7叶片叶轮失速团的转速约是5叶片的1.8倍,失速频率是它的3.8倍。     

基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。