叶轮切割对回收液力透平性能的影响

为研究叶轮切割对回收液力透平性能的影响,选取比转速分别为46.0、55.7、63.2的离心泵反转作回收液力透平,对各个叶轮外径进行四次切割,应用CFD软件对这三种比转速液力透平在不同切割量下进行数值计算,得到液力透平运行的外特性曲线并分析其内部流动规律。结果表明,对于离心泵反转作回收液力透平,透平的压头随叶轮外径切割量的增大而减小。在小流量工况下随着叶轮外径切割量的增加,叶轮内部流动损失逐渐减小,透平的水力效率呈现上升趋势;在最优工况和大流量工况下随着叶轮外径切割量的增加,叶轮内部流动更加紊乱,产生较大的能量损失,透平的水力效率呈现下降趋势。     

叶轮进口宽度对液力透平性能的影响

针对叶轮进口宽度对液力透平性能影响规律的认识不足问题,建设了一开式液力透平实验台,对一单级液力透平进行了实验研究,得到了该比转速液力透平的外特性曲线。采用结构化网格技术对液力透平进行了全流场数值计算与分析,数值与实验相结合,验证了数值计算的准确性。对不同进口宽度透平叶轮的数值计算结果分析表明,随着透平叶轮进口宽度的增加最高效率点向大流量偏移,大流量时的效率逐渐增加;对于一定几何参数组合的液力透平,存在最佳叶轮进口宽度使液力透平最优工况点效率最高;透平的流量扬程曲线随叶轮进口宽度的增加变得更加平坦;透平的轴功率变化相对较小。     

导叶对液力透平性能的影响研究

为研究液力透平入口导叶型式对透平性能的影响,采用CFD软件对不同导叶出口角、导叶数量以及导叶开度进行数值模拟分析。分析表明,改变导叶出口角可以改善叶轮入口流动状况。同时随着导叶叶片数增加,透平做功能力显著增强,但在叶片数14时效率最高。导叶开度对透平性能影响比较显著,导叶开度增加,透平向大流量方向偏移,导叶开度减小,透平向小流量偏移。同样流量下,导叶开度减小,透平扬程高,导叶开度对透平效率影响不大。     

叶片数对泵作液力透平的性能影响

叶片数是泵作液力透平时的主要几何参数之一,为了明确叶片数对泵作液力透平时的性能影响,基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE算法,应用FLUENT流场模拟软件对不同叶片数下的泵用作液力透平时进行了数值计算,得到了不同叶片数下液力透平的外特性曲线并分析内部流动规律。结果表明:对于低比转速离心泵作液力透平,随着叶片数的增加,流量从最高效率点向小流量偏移时效率下降的梯度增大,而从最高效率点向大流量偏移时效率呈现先增大后减小的变化趋势,另外液力透平的最高效率点随叶片数增加向小流量偏移;压头随叶片数的变化在小流量变化相对较小,而在大流量工况时,随着叶片数的增加呈现逐渐增大的趋势。内流场分析表明,随着叶片数的逐渐增加,透平叶轮中漩涡区域逐渐减小,叶轮内部的流动有很大的改善。但结合外特性分析发现,叶片数过多的增加反而不利于透平性能的提升,因此,对于具体参数组合的液力透平,存在着最佳叶片数使得泵作液力透平的性能达到最优。     

输送水时离心油泵不同出口角叶轮切割性能实验

选取常用的65Y60型离心油泵为研究对象,对叶片出口角分别为15°、25°、45°和60°的4个叶轮进行切割试验,研究了泵性能随叶片出口角和叶轮直径的变化规律。研究表明,扬程曲线和轴功率曲线随叶轮直径的减小而下移。当叶轮直径切割到205mm时,泵效率出现不降反而升高现象;以后,随直径的减小而迅速下降。最优工况流量、扬程和轴功率随叶轮直径的减小而下降。叶片出口角对滑移系数、水力效率和机械效率的影响较大,对容积效率的影响较小。叶轮直径对水力效率和机械效率的影响较大,对滑移系数和容积效率的影响较小。切割指数同时受叶轮直径和叶片出口角的影响。对小出口角叶轮,流量切割指数、扬程切割指数和轴功率切割指数随叶轮直径的减小而下降;对大出口角叶轮,流量切割指数、扬程切割指数和轴功率切割指数随叶轮直径的减小而升高。效率切割指数随叶轮直径的减小而升高,并趋向某个值。由实验结果得到的4个切割指数都与现有的理论值不同。     

变工况下气液两相液力透平的性能分析

利用ANSYS CFD软件对基于泵反转的液力透平进行了全三维定常和非定常数值计算,研究了变工况下气液两相液力透平内的气体分布、压力脉动、速度矩分布以及水力损失等性能。对不同工况进行的计算结果表明:小流量工况和最优工况时蜗壳、叶轮内的相对平均静压力和主频振幅都随着含气率的增加而减小;大流量工况稍有不同。蜗壳出口的速度矩呈阶跃分布,阶跃个数与叶轮叶片数相同,同一工况含气率对速度矩的影响不大;高含量率时透平叶轮出口气体出现聚集现象,含气率越高,流动过程中的水力损失越大。本文对研究气液两相介质下的液力透平性能具有一定的参考意义。     

叶片包角对可逆式泵性能影响的数值研究

为了有效利用能源,将泵在透平工况下运行回收高压液体能量,是节能技术的研究方向之一。叶片包角是可逆式泵设计时的主要参数之一。以比转速72的离心泵为研究对象,分别对不同叶片包角的叶轮进行了泵和透平工况的全流场数值研究。研究结果表明:对于可逆式泵,存在最佳叶片包角使泵的效率最高。随着叶片包角的增大,泵工况下的流量扬程曲线更加陡峭,轴功率逐渐减小;透平工况下的扬程、轴功率逐渐增加,流量扬程,流量轴功率特性曲线越来越陡峭。流场分析结果表明,叶片包角的增加,有效的改善了叶轮内部流场分布,使泵内部的流场分布更加均匀,研究结果对于可逆式泵的设计具有一定的指导意义。     

泵反转液力透平转速特性研究

为了研究液力透平的转速特性,采用Fluent软件动网格中的SDOF求解器对一台比转速为48的离心泵反转作液力透平进行数值模拟,分析了液力透平在启动过程中转速的变化规律。结果发现：随着转速的增大,透平高效区变宽,高效点明显向大流量偏移。流量越大,透平的飞逸转速就越大,各流量工况下的飞逸转速约为额定转速的1.4倍。在负载系数B_g为1.4905时,其负载力矩达到临界值,继续增加负载,叶轮不在工作,此时的水动力矩小于负载力矩。     

气液两相条件下液力透平内水力损失分析

为了研究气液两相条件下液力透平各过流部件内水力损失的分布情况,现选择比转速为55.7的单级单吸离心泵反转作液力透平,并对该模型在不同流量、不同含气率下进行数值计算,分析含气率变化对液力透平内水力损失分布规律的影响。研究发现:液力透平内主要水力损失发生在叶轮和蜗壳内,叶轮内水力损失约占总水力损失的55%,蜗壳内水力损失大约占总水力损失的39%;含气率对叶轮内水力损失影响最大,含气率越高液力透平各过流部件内水力损失以及总的水力损失越大。研究结果为液力透平结构的优化设计提供理论依据。     

粘度对离心泵作为水能回收液力透平使用的性能和流动影响的CFD研究

离心泵反转作为向心液力透平使用已有50多年的历史,而且以水为工作介质对其性能和流动进行了许多研究。目前它已应用于各种介质的工艺流程中,但尚未进行过有关介质粘度对其性能和流动影响方面的研究。因此,本文首次采用CFD方法研究试验用离心泵反转作为水能回收液力透平使用时液体粘度对透平性能和内部流动的影响。对比了5种液体粘度的透平扬程、输出轴功率、水力效率、进出口速度矩、反击系数等参数,得到了最优工况透平和泵性能依存性以及泵、透平各自性能参数修正系数与雷诺数的函数式。通过各个粘度下透平蜗壳平均出流特性、冲角以及叶轮、蜗壳内的水力损失系数的对比,分析了粘度对内部流动的影响。本文的研究结果对液力透平的工程设计、选型、不同粘度的性能预测和叶轮改型有一定的参考借鉴作用。     

Hydraulic Optimization of a Double-channel Pump’s Impeller Based on Multi-objective Genetic Algorithm

Computational fluid dynamics (CFD) can give a lot of potentially very useful information for hydraulic optimization design of pumps, however, it cannot directly state what kind of modification should b...     

65Y60型离心油泵叶轮切割定律的试验研究

试验研究了65Y60型离心油泵在输送水和输送粘油时的叶轮切割定律，发现泵输送水时的切割定律与输送粘油时的有所不同。输送水时，叶轮切割后，泵的扬程、轴功率、效率都下降。但是输送粘油时，扬程、轴功率下降，而效率在切割量不大的情况下却有所提高。另外，切割量比较大时，各切割指数趋于某一定值。     

旋流泵内颗粒分布特性及对泵性能的影响

基于Eulerian多相流模型和RNG κ-ε两方程湍流模型对旋流泵内的液固两相流场进行了数值模拟,获得了不同粒径、浓度时泵内的颗粒分布特性及对泵性能的影响。研究结果表明:固体颗粒进入泵内后主要集中于无叶腔内,无叶腔中的颗粒分布以泵轴为中心呈现一定的轴对称分布,随着粒径的增大,颗粒在无叶腔内壁面聚集的更加明显,随着浓度的增大,颗粒在无叶腔内的分布规律几乎没有变化,随着流量的增大,无叶腔中心部分颗粒浓度几乎不变的区域扩大;在叶轮内,叶片工作面附近的颗粒浓度要大于叶片背面的;随着粒径及浓度的增大旋流泵的效率会降低,随着粒径的增大泵的扬程会降低。     

双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究

为分析固液混合物对双流道输送泵性能的影响,采用平均粒径为10 mm和36 mm的固体颗粒对双流道泵在不同浓度和流量下开展输送固液两相介质的水力性能试验,并对泵的磨损进行分析。水力试验结果表明,在一定的流量下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,入口表压、出口表压、扬程及效率呈递减趋势。 与输送清水时比较,当输送固液两相介质时,随着流量的增大,轴功率上升较快,扬程的下降量在不同流量下几乎相同;效率曲线在不同流量下比输送清水时效率要低,差值随着流量的增大而增大。在同流量同浓度比工况下,泵的进出口压力、扬程和汽蚀性能在输送较大直径固体颗粒时,明显下降。通过对双流道泵磨损的分析表明,叶轮磨损部位主要在前盖板外缘、流道内偏前盖板的流道表面、压力面进口边,压力面的磨损区域呈三角形;泵体的磨损部位主要在周壁、隔舌及泵体口环处。本研究可为固液两相双流道离心泵的理论研究与设计应用提供试验依据。     

随钻测井用井下发电机系统的涡轮设计

对随钻测井系统中井下涡轮发电机的关键部件进行了研究.首先,建立了一种水力性能较高的涡轮模型;然后,基于计算流体力学(CFD)理论,采用Fluent软件对不同叶片参数的涡轮模型进行了紊流流场研究,并分析了流量、转速对涡轮流场的影响;最后,通过涡轮发电机地面单向水利实验验证了流量、转速、负载与涡轮发电机输出电压的关系.仿真结果表明:15叶片、叶片进口角30°以上、出口角45°以下、中弧线圆弧半径40mm以内对应的涡轮模型水力性能较好,但水力效率过高也会降低涡轮的工作寿命,因此,在一定范围内增大流量、转速对提高涡轮水力效率具有积极影响.所建立的涡轮模型能够提高涡轮的输出功率并保证其工作寿命.     

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...     

井下微型水轮机流场分析与优化设计

围绕煤矿综采工作面液压系统液压能量利用率低、控制电路冗杂等难题,提出了一种水轮机与发电机集成化设计的方法,对提出的水轮机进行参数分析及结构设计,结合水轮机压差和转速的流场分析结果,通过正交试验、神经网络和遗传算法,实现了不同叶轮宽度、叶轮间隙、基圆直径、入口角度、进出口相对位置和喷嘴尺寸结构参数下水轮机转速和效率的多目标优化设计。通过样机测试试验,优化后整体效率有明显提升,平均效率值提高了2.94%;最大效率值由15.6%提高至21.5%。可为小型水轮机的理论和试验研究提供支持。     

对旋轴流风机叶顶间隙对其性能的影响

为了探究改变对旋轴流风机两级叶轮的叶顶间隙对其性能的影响，建立不同叶顶间隙下风机三维模型，利用Fluent进行数值模拟，并结合风机性能试验验证仿真的正确性。分析压升、效率、轴功率、湍流动能和叶顶泄漏涡随两级叶轮叶顶间隙的变化情况，结果表明：在相同流量下，压升、效率随间隙的增大而减小；与第一级叶轮相比，间隙对第二级叶轮的轴功率、湍流动能及泄漏涡影响更加显著；随间隙增大，叶顶泄漏涡的强度和影响区域越大。     

Experimental study of the influence of flow passage subtle variation on mixed-flow pump performance

In the mixed-flow pump design, the shape of the flow passage can directly affect the flow capacity and the internal flow, thus influencing hydraulic performance, cavitation performance and operation stability of the mixed-flow pump. However, there is currently a lack of experimental research on the influence mechanism. Therefore, in order to analyze the effects of subtle variations of the flow passage on the mixed-flow pump performance, the frustum cone surface of the end part of inlet contraction flow passage of the mixed-flow pump is processed into a cylindrical surface and a test rig is built to carry out the hydraulic performance experiment. In this experiment, parameters, such as the head, the efficiency, and the shaft power, are measured, and the pressure fluctuation and the noise signal are also collected. The research results suggest that after processing the inlet flow passage, the head of the mixed-flow pump significantly goes down; the best efficiency of the mixed-flow pump drops by approximately 1.5%, the efficiency decreases more significantly under the large flow rate; the shaft power slightly increases under the large flow rate, slightly decreases under the small flow rate. In addition, the pressure fluctuation amplitudes on both the impeller inlet and the diffuser outlet increase significantly with more drastic pressure fluctuations and significantly lower stability of the internal flow of the mixed-flow pump. At the same time, the noise dramatically increases. Overall speaking, the subtle variation of the inlet flow passage leads to a significant change of the mixed-flow pump performance, thus suggesting a special attention to the optimization of flow passage. This paper investigates the influence of the flow passage variation on the mixed-flow pump performance by experiment, which will benefit the optimal design of the flow passage of the mixed-flow pump.