水泵在水轮机工况下的能量性能模型试验研究

目前国内对水泵在水轮机工况下的能量性能的研究还很少。通过泗阳二站水泵的水轮机工况能量性能模型试验研究发现。当发电水头高于某一值时，电机不变极运行比变极运行的输出电功率要高，研究还发现，在一定水头范围内，不变极运行时的发电效率比较运行时底，其发电所用水量比较极时大。     

变转速工况下汽车冷却水泵内外特性变化规律

以某汽车冷却水泵为研究对象,通过定常流场模拟和试验得到多转速工况下的外特性曲线,二者有较好的一致性:扬程随转速均匀变大,高效区增宽并向大流量区偏移。通过非定常流场模拟获得了不同转速下流道内流线、径向速度和压力脉动等分布特性,并对比分析了蜗壳和叶轮所受轴向力和径向力的变化趋势。结果表明:流体速度值、压力脉动幅值以及受力等随转速有较大变化,说明该泵长期远离高效区运行,存在较大的运行稳定性隐患和节能优化空间。     

混流式水轮机的非定常流动分析

通过混流式水轮机定常和非定常流动计算,研究混流式水轮机在不同开度下的流动特点,阐述非定常流动分析结果。非定常流动计算结果表明:开度a12时,转轮出口靠近上冠处压力脉动不显著,中间流线和下环处脉动较为强烈;尾水管中涡带主要集中于直锥段,呈螺旋型,在肘管处逐渐变小消失。尾水管内部压力脉动主要集中在直锥段和肘管,频率为低频,是转频的0.233倍;其中直锥段脉动幅值较大,内外两侧压力脉动频率基本一致。开度a24时,转轮出口靠近上冠处没有回流,脉动小,中间流线和下环处压力脉动更为剧烈,脉动频率为转轮频率与叶片数乘积的倍数;尾水管涡带在直锥段水流形成的呈柱状涡,在肘管变成较小的螺旋型涡带,其结果是长的涡带在尾部形成像钻机式的切削作用,对水轮机效率和稳定性产生严重的影响,涡带的长度为研究混流式水轮机尾水管深度和优化设计提供理论依据。     

双流道泵内部流动非定常数值的研究

在不同工况下,采用滑移网格技术对双流道泵进行了非定常流动数值计算,着重分析了叶轮内不同点的压力波动情况。计算表明,双流道泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;从叶轮的进口到出口,压力逐渐增加;不同工况条件下叶轮的压力变化明显,其中小流量条件压力波动最大;叶轮流道内部不同点的压力随时间呈周期性变化规律。该计算为进一步研究双流道泵的水力设计、性能预测、优化设计提供了一定的理论依据。     

汽车冷却水泵小流量工况下非定常空化特性研究

针对汽车冷却水泵的空化问题,对小流量工况下非定常空化特性及其对压力脉动的影响进行了研究。采用SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri (ZGB)空化模型,对水泵在典型空化状态下的流场进行了数值模拟研究,得到了小流量工况下叶轮内的非定常空化流动特征和空泡的时空演变规律;对蜗壳上的压力脉动进行了频谱分析,得到了不同空化条件对压力脉动的影响;通过泵的空化实验,对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:随着空化余量的减小,各监测点压力脉动峰的峰值和主频幅值逐渐增大,特别是隔舌位置处的压力脉动变化最为显著;泵内的空泡表现为不对称分布,主要集中在叶片前缘位置以及后盖板靠近叶轮进口位置,并随着空化的加剧,空泡体积分数逐渐增大。     

射流泵极限工况下空化流动

极限工况发生时,液体射流泵喉管中段至末端的汽液两相空化流动为均相泡状流。基于定常、等温及水平流动假设和Wood声速公式,导出极限工况发生时射流泵喉管中段至末端一维均相泡状流的控制方程组。依据该控制方程结合射流泵壁面沿程压力测试结果,计算喉管中段至末端液汽两相流动的马赫数。从喉管的中段至末端液汽两相流动的马赫数逐渐增加,在压力最低点附近达到最大,其最大值为0.94,十分接近1。进一步分析表明,极限工况发生时,射流泵喉管中段至末端液汽两相空化流表现为两相临界流动,其流速达到当地液汽两相流声速,流动出现臃塞,从而导致一定工作压力下吸入流量不再随出口压力的降低而增加,而是保持不变。揭示射流泵极限工况发生的机理,对其深入研究具有重要意义。     

泵的四象限特性试验研究

泵的四象限特性试验是指泵的全特性曲线试验,试验参数涉及到直角坐标的四个象限。本研究通过试验装置的确定、试验方法的研究等,依据试验数据进行分析得出泵的全特性曲线,展示泵的四象限特性。     

核电厂离心式设备冷却水泵设计

根据核电厂技术规格书的要求,离心式设备冷却水泵的水力性能需要同时满足多个工况点,作者在查阅非设计工况相关文献的基础上,提出了水力模型优化设计和CFD流场模拟相结合的水力设计方法,并进行了设计实践和样机验证,各工况点实测值均在可接受范围内,实现了多工况水力设计的目的,同时对泵的功能、参数特点、技术要求、结构设计、材料等方面进行了相关论述.     

非设计工况下斜流泵叶轮进出口环量变化分析

基于RNG k-ε湍流模型对斜流泵内部三维流场进行了数值计算,重点针对非设计工况下的斜流泵叶轮进出口环量分布特征进行了分析。研究结果显示,在设计点附近的叶轮进口环量受叶片进口边影响较大,不同采样线的环量分布具有一定差异,小流量工况下受到叶轮进口回流的影响,不同采样线的环量分布趋于一致。叶轮出口环量分布受采样线位置影响较小,在设计流量点时,叶轮出口呈等环量分布。在小流量工况点,受到叶轮出口回流的影响,叶轮出口外缘处的环量数值显著增大。通过研究还发现,从叶轮出口流道通过轮毂一侧回流进入叶轮的流体微团具有与叶轮旋转方向相反的圆周速度分量,其环量数值甚至低于同工况下的叶轮进口环量值。     

液力变矩器泵轮内流场非定常流动现象研究

液力变矩器内部为复杂的三维非定常湍流流动,为分析变矩器泵轮内部三维非定常流动特性,建立液力变矩器非定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)仿真分析模型,并通过激光多普勒测速(Laser Doppler anemometry,LDA)技术手段对该模型进行验证分析。研究泵轮转速800 r/min,速比为0.6工况下,不同涡轮和导轮位置,对于泵轮内流场非定常流动现象的影响。结果表明:该非定常CFD模型结果与LDA测试结果相吻合,且能够较为准确地反映泵轮内流场非定常流动状态,作为泵轮流场的上游,相对于涡轮对泵轮内部流动的影响,导轮对泵轮内流动状态的影响较大,并主要影响泵轮入口面附近。涡轮主要影响泵轮内流场中间面到出口面的尾流低速区,但影响幅度相对于导轮较小。     

离心泵作透平最佳工况点下的瞬态流动特性分析

为揭示离心泵作透平在最佳工况点下主要过流部件的瞬态流动特性,采用修正的PANS模型对一台比转速为90的离心泵作透平的瞬态流动特性进行数值模拟,通过试验验证数值计算的准确性;根据叶片的进、出口速度三角形计算理论最佳工况点,并对最佳工况下叶栅内部的流动规律进行预测;对蜗壳、叶轮在最佳工况点下的内部瞬态流动特性进行分析。结果表明,叶轮理论进、出口最佳工况点分别为55 m³/h、108 m³/h,实际最佳工况点为80 m³/h;叶片与蜗壳隔舌的动静干涉会促进隔舌前缘旋涡的脱落,当叶轮前缘与隔舌前缘平齐时,蜗壳内压力脉动强度最低;叶栅内旋涡的脱落频率约为2f_n,涡量的演变主要由其输运方程中的拉伸项及科氏力项共同主导;吸力面附近涡量的演变对叶轮前、中部流道内的压力脉动影响较大,而叶片尾缘涡量的演变对叶轮出口处的压力脉动影响较大。研究结果可为提高离心泵作透平在余能回收系统中的运行稳定性提供参考。     

大流量高扬程部分流泵的研制

结合工程实际需求,从结构设计、水力设计、多方案试验对比等方面研究了大流量、高扬程部分流泵的设计方法和主要参数的确定方法,并通过试验对各方案进行了比较,分析了对其性能的影响因素。     

可逆式水轮机变工况研究

针对抽水蓄能电站稳定性的要求,利用可逆式水轮机水泵工况断电过程中蜗壳出水边的压力始终保持恒定（水轮机工况的水头）,机组转速连续变化这一规律,根据转速的不同来选取不同的工况点。在Fluent软件中,通过变换转轮的边界条件设置,可模拟可逆式水轮机水泵断电过程不同工况点水力变化,计算时采用雷诺时均方程和RNG肛￡湍流模型,压力和速度耦合采用半隐式（SIMPLEC）算法。对可逆式水轮机不同工况点模拟结果进行了分析总结,数值试验结果直观地反映了可逆式水轮机水泵工况断电的不同工况点、叶片表面的压力分布、蜗壳内部的流场漩涡分布、水力损失等,对可逆式水轮机的转轮设计和结构优化有一定的应用价值。     

节能离心泵全流道内部湍流的动态大涡模拟

应用不可压缩流体N-S控制方程和大涡模拟动态亚格子湍流模型,基于非结构网格和滑移网格技术,采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解,得到了某新型离心泵从进口到出口的全流道各过流部件的速度场和压力场分布,与k-ε模型计算结果比较表明,采用动态大涡模拟方法对离心泵内部流场预测更加精确、合理.     

射流泵内部流动的二维大涡模拟

建立了弱可压缩的大涡模拟运动方程，采用弱可压缩流体运动方程作为控制方程，按照Deardorff的方法引入大涡模拟，利用Smagorinsky的亚格子紊动模型封闭水流运动方程组；进而对该守恒形式的方程进行求解，用有限何种法离散，用MaCormark显式预测-校正步进法计算。通过大涡模拟，得到了射流泵内部流动的流场分布，轴向压力和流速变化，为射流泵理论研究和优化设计提供了可靠依据。     

大型斜流泵模型泵装置水力性能的研究

为了探讨斜流泵段与泵装置水力损失及空蚀试验的异同点,以河海大学多功能水力试验台为基础,通过试验测量和计算,对比分析斜流泵段和斜流泵装置的水力损失及有效空蚀余量。结果表明:斜流泵段在叶片安装角度较小时,其水力损失由叶片表面摩擦损失和出口混合损失决定,而当叶片安装角度增大时,其水力损失由进口撞击损失决定;泵装置较泵段水力损失变化稳定但变化幅度较大;斜流泵装置与泵段在设计扬程附近有效空蚀余量随叶片安装角度增大而增大,但在偏离设计工况时数据变化无明显规律,且斜流泵装置与泵段比较有效空蚀余量总体偏小。     

混流泵径向间隙对内部非定常流场影响的分析

采用调整混流泵径向间隙的方法,设计了蜗壳基圆直径为280、290、300mm的计算模型,并对其进行了定常和非定常计算.通过对3种模型进行非定常数值计算,得到了不同基圆直径混流泵的压力脉动特性并对其进行比较分析.结果表明:叶轮旋转时叶片和隔舌的动静干涉作用导致蜗壳近壁面各监测点的压力脉动具有明显的周期性;在相同流量下,径向间隙越小,监测点频域振幅越大;隔舌处监测点压力脉动幅度大于其他监测点幅度.对基圆直径为290mm的泵进行数值模拟与外特性试验研究,泵模拟效率为82.3%,试验效率为80%,模拟效率比试验效率高2.3%.对比两者结果可知:数值模拟的结果是可信的.     

高压大流量直轴式柱塞泵缸体的设计与研究

讲述了用球墨铸铁替代传统复合结构材料设计高压柱塞泵缸体。通过对K3V112高压大流量柱塞泵的计算,验证了球铁作为缸体材料的可行性。对球铁进行气体软氮化可以得到具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和耐热粘附性的氮化物层,大大提高了缸体的性能。通过材料替代,简化了缸体的制造工艺,大大降低了制造成本并提高了生产效率与成品率。