湍流模型在离心泵偏工况性能预测中的适用性分析

选取5个不同比转数的优秀离心泵水力模型作为研究对象,使用Fluent软件中的5种两方程湍流模型进行离心泵非设计工况下的数值计算,并将计算结果与试验值进行对比分析.研究表明:在低比转数和高比转数离心泵的非设计工况中,SST k-ω型能够得到比较小的误差,最小误差不超过1％;对于中比转数离心泵,小流量工况下,RNG k-ε模型的计算结果最接近实验值,大流量工况下,SST k-ω模型的误差最理想,其最小值为0.2％,最大值不超过4％;5种湍流模型所计算的涡量大小分布规律比较类似,但是湍流强度分布有明显区别,RNG k-ε模型在蜗壳扩散段处的湍流强度特征不是十分明显.通过分析,建议在离心泵非设计工况的数值模拟中采用SST k-ω模型.     

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。     

双蜗壳离心泵径向力数值分析

利用CFD软件Fluent对某输油泵的不同工况作流场计算.计算采用雷诺时均方程和标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.通过对比试验曲线与数值计算外特性曲线,发现两者比较吻合.对单蜗壳和双蜗壳进行了模拟计算,得到了不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压分布,再将径向力计算模型简化,计算出各个工况下叶轮所受的径向力,通过对比不同蜗壳的径向力,可以得出双蜗壳能有效的平衡径向力.     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。     

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。     

诱导轮和离心泵叶轮内部空化流动数值分析

为了提高诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性,阐明诱导轮和离心泵叶轮几何参数对空化性能的影响规律,基于空泡可压缩性影响修正的RNG k-ε模型和改进的空化模型,对诱导轮和离心泵叶轮内部流场进行空化数值计算。数值结果表明:在小流量工况和额定工况下,空化性能曲线基本一致;在大流量工况下,空化特性曲线波动相对比较严重,空化性能较差。额定流量下泵蜗壳水力损失最小,小流量工况下蜗壳水力损失最大。临界汽蚀余量时,蜗壳水力损失突升。无空化条件下,随着前口环间隙值的增大,诱导轮扬程、效率和前口环间隙泄漏量增大,泵和叶轮的扬程、效率值降低,泵的空化特性曲线的稳定性变差,使诱导轮叶片出口液流角发生偏转,导致诱导轮和离心泵叶轮内部产生周期性的交变空化流。     

开式叶轮离心泵性能的CFD模拟方法

现有针对离心泵性能的数值模拟研究中,由于计算时未准确考虑泵内间隙和平衡孔的影响,一些低比转速的开式叶轮离心泵的性能预测结果出现较大的误差,因此很有必要建立合理的计算方法来提高性能预测精度。以一台低比转速的开式叶轮离心泵为研究对象,对其内部流动进行三维数值模拟,探讨建模、数值方法和湍流模式对预测结果的影响。通过模型泵试验台上的性能测试,得到泵的流量、扬程、功率和效率等性能参数。通过对比数值模拟与试验结果,验证数值模拟的可靠性,并分析后盖板切除区域、间隙和平衡孔对流动结构和性能的影响。分析结果显示,改进模型能很好地预测开式叶轮的性能,在计算模型中忽略后盖板切除区域能提高计算精度:采用滑移面方法能够提高网格质量,但也增大了非设计工况下的计算误差:对于开式叶轮离心泵的模拟,Realizableκ-ε模型相比κ-ε,RNGκ-ε和Spalart-Allmars等模型具有更高的计算精度和稳定性。所提建模和计算方法可提高低比转速离心泵的性能预测精度,尤其适合于开式叶轮离心泵的流场模拟。     

多级离心泵扬程预测及内部流场数值模拟

为了研究多级离心泵的性能及其内部流场分布,采用SST k-ε湍流模型对原型泵的首级、第二级及第三级叶轮进行定常和非定常数值模拟计算,分析其外特性、内部流场和压力脉动.研究表明,通过前三级叶轮的扬程能较准确地预测原型泵的扬程.不同流量工况下隔舌处均易出现低压区域,大流量工况蜗壳出口近隔舌处也易出现局部低压区和高压区,隔舌...     

核电站三级循环给水混流泵的数值模拟与试验分析

针对某在建核电站三级循环给水混流泵要求在多工况高效率运行的情况,基于N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对叶轮及蜗壳内部流场进行了数值模拟,并预测了扬程效率曲线.在清水试验台上进行了性能测试,数值模拟与试验结果吻合较好,但CFD分析与试验结果均显示已生产的样机效率不达标,可通过增大蜗壳断面面积以及减小叶片进口冲角来进一步提高整机效率.     

冲压焊接多级离心泵叶轮内部流场的计算机辅助分析

基于时均N-S方程、标准κ-ε湍流模型和壁面函数法,在旋转坐标系中利用SIMPLE算法,对圆柱型、机翼型和堵塞流道型三种类型叶片的冲压焊接多级离心泵叶轮内部三维湍流流动进行数值计算与分析.研究冲压焊接多级离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响规律,揭示离心泵叶轮通道内部流动的主要特征.利用计算流体动力学(CFD)商用软件ANSYS CFX的数值计算结果,得到了三种类型叶片的叶轮在设计工况下的效率,并与相关的试验数据进行了比较.预测结果与相关的试验数据相吻合,验证了利用ANSYS CFX对冲压焊接多级离心泵叶轮内部流场进行数值模拟的可行性和有效性,减少了对试验数据和设计经验的依赖,为冲压焊接多级离心泵叶轮方案的优化和选择提供参考.     

不同湍流模型下燃气轮机进气系统流场的模拟

采用Realizable k-ε湍流模型、标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型分别对燃气轮机进气系统进行流场分析。对比了三种湍流模型下进气系统总体和各种平面(包括入口和出口)上的云图和压损变化曲线。模拟结果表明:三种湍流模型均反应出进气系统的最大压损出现在弯头,标准k-ε湍流模型和RNG k-ε湍流模型极为相似,Realizable k-ε湍流模型出现局部旋流和局部压力升高等现象;标准k-ε湍流模型和Realizable k-ε湍流模型的压损变化曲线很相似,但是随着进气量的增加与实测压损变化曲线的差异越来越明显,RNG k-ε湍流模型变化曲线与实测变化曲线十分接近,因此,RNG k-ε湍流模型的模拟结果可以反映出流体的实际分布。     

叶顶间隙对轴流风机内部流场影响的研究

基于Realizable k-ε湍流模型和 SIMPLE 算法,对某轴流式通风机在不同叶顶间隙下进行了设计工况时的数值模拟.讨论了不同叶顶间隙大小对风机性能的影响,分析了叶轮出口截面速度、压力等参数的分布以及叶顶泄漏流和泄漏涡随间隙大小的变化情况.数值结果表明,随叶顶间隙逐渐增大,风机性能不断下降;叶轮出口截面速度、总压和湍动能大小受间隙泄漏流的影响明显;泄漏涡由泄漏流与主流发生卷吸而形成,且泄漏涡会受到间隙大小的影响.     

半开式叶轮离心泵的效率优化与分析

为了提高半开式叶轮离心泵的水力效率,应用速度系数法对半开式叶轮离心泵的水力效率进行了优化,并采用k-ε湍流模型和标准壁面函数对离心泵进行了数值模拟,仿真分析了蜗壳和叶轮顶端问不同间隙以及不同叶片数对离心泵水力效率的影响。研究结果表明,当蜗壳与叶轮顶面的间隙为0．5mm,叶片数为6时,离心泵的效率较好。     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

双蜗壳离心泵内部流场数值计算分析

借助于CFD软件,基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型运用SIMPLE计算方法对叶轮双蜗壳内部流场进行数值模拟,通过模拟双蜗壳与过渡流道内的压力场、速度场、速度矢量分布和流动迹线的三维可视化的流动规律,得出与试验结果相吻合的结果.运用三个不同工况下速度场和压力场的计算结果,分析该叶轮和过渡流道的内部水力特征,通过计算结果和流动细节以及结构特点,探索双蜗壳及过渡流道内的回流、撞击等流动规律.     

三方程在汽车外流场仿真计算中的应用

汽车外流场仿真计算有多种模型,通过仿真和试验研究找到计算精度和效率高的模型对汽车外流场的仿真计算具有十分重要的意义.在使用三方程模型进行汽车外流场的计算中,由于涡粘系数μt考虑了湍流空间尺度和湍流时间尺度对湍流输运的影响,k-ε-ν2湍流模型更多地反映了湍流输运的物理机理,有着比切应力传输、k-ε湍流模型更高的计算精度,是汽车外流场较为理想的数值仿真模型.运用涡粘型k-ε-ν2湍流模型、切应力传输(Shear stress transport,SST)模型、k-ε湍流模型对汽车绕流进行数值仿真,将计算的阻力系数和试验数据进行对比,结果证实k-ε-ν2湍流模型的优越性.给出汽车纵对称面上的压力系数与试验值的对比曲线,使用湍流k-ε-ν2模型所计算的距车尾0.1 m处的湍动能分布、速度矢量线及外部流线图.     

高压小流量离心泵流体动力学分析

以高压小流量离心泵为研究对象,应用FLUENT软件模拟研究了离心泵内部流场分布及空化现象.采用SIMPLE算法和κ-ε湍流模型及Mixture多相流模型,根据试验测得的数据设定边界条件,模拟计算了小流量、设计流量和大流量等工况下高压小流量离心泵内部流场状况.对离心泵内部空穴现象进行的模拟分析发现,在叶轮进口低压区气泡体积较大,是容易产生气蚀的部位,从理论上解释了实际产品容易在进口区发生气蚀;应用计算流体动力学模拟得到的离心泵性能曲线的变化趋势与理论及试验推导出的常规运行状态下的特性曲线是相一致的.     

离心泵全三维流动模拟中几种主要流动模型的结果对比分析

通过使用FLUENT软件模拟计算单级离心泵的全三维流场，对软件中的无黏流、黏性层流、湍流等四种主要流动模型进行了对比分析，结果表明使用Spalart-Allmaras、标准k-ε等模型对离心泵的模拟计算是实用可行的，其中以标准k-ε等模型结果最为接近算例的泵外特性数据。此外，通过本次离心泵的全三维流场计算，发现蜗壳泵叶轮内各通道的流量、流速及压力等分布有显著差别，流动呈现明显的非对称性。     

不同湍流模型在离心压缩机叶轮内流场数值模拟中的比较研究

以SIMPLEC算法为基础,运用3个湍流模型(标准k-ε模型、RNG k-ε模型、realizable k-ε模型)模拟了离心压缩机叶轮内部湍流流动,考查了不同湍流模型在计算叶轮机械内部分离流动时的性能。数值实践表明,RNG模型性能最优,应优先考虑使用RNG模型进行叶轮机械内流模拟。     

螺旋离心泵叶轮背叶片对轴向力影响的数值分析

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,以清水为介质,对带有叶轮背叶片的80LN-6型螺旋离心泵进行全三维数值模拟。通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出6种不同螺旋离心泵叶轮方案,对各种方案下泵内流动进行数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下轴向力的变化趋势和规律。通过对外特性试验数据和CFD数值模拟数据对比,间接地验证了数值模拟方法的可靠性。并对6种不同螺旋离心泵叶轮方案模拟数据进行分析,结果表明,螺旋离心泵添加叶轮背叶片之后,轴向力大小发生变化,同时在不同方案中不同工况下轴向力方向也发生改变;背叶片数目、背叶片宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内的压力分布有较大影响。