叶片数对离心泵瞬态空化特性的影响

为研究叶片数在离心泵设计工况下对瞬态空化特性的影响,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,以3种叶轮叶片数的离心泵为研究对象对其内部空化流动进行三维非定常数值模拟。结果表明:对于3组不同叶片数(Z=4、5、6)的叶轮,随着叶片数逐渐增加,离心泵扬程增加,但效率无明显差异;不同叶片数离心泵的空化特性曲线不同,临界空化点压力以及扬程断裂值不同,3种叶轮方案在无空化时的扬程分别为44.8、41.8和39.2 m,扬程断裂的相对值分别占其扬程的27%、25%、32%,即Z=5的叶轮离心泵扬程下降最少;在叶轮的一个旋转周期内,随着时间的增大,Z=4的空泡体积逐渐增加,Z=5和Z=6的空泡体积逐渐减小;叶片数较少时,叶轮流道内相对轴面漩涡运动剧烈,流体的绝对速度降低,造成泵压头的衰减,加速空化发生。     

径向导叶对高速离心泵非定常流动影响的分析

应用计算流体力学技术对带导叶与不带导叶高速离心泵的内部流场进行定常及非定常数值模拟,从而预测出带导叶与不带导叶两种方案下的外特性曲线走势情况。同时得到了流体流经关键位置时在不同工况下的压力脉动情况,并对相应的时域图及频域图进行了对比分析。结果表明,带有导叶的高速离心泵相比于无导叶离心泵扬程较高,扬程曲线更加平缓,同时在大流量工况下,高速离心泵效率更高也更稳定。从时域图分析,不同工况下两种方案中的高速离心泵压力脉动存在明显的周期性,其中带有导叶的高速离心泵在大流量工况下压力脉动幅值相对较小,不带导叶的高速离心泵在小流量下压力脉动幅值相对较小;从频域图分析看,两种方案中的高速泵都是在一倍叶频处存在较大峰值,即动静干涉作用是引起压力脉动的主要因素,同时通过对比,在不同工况下带有导叶的高速离心泵在二倍叶频处峰值较小,说明添加径向导叶对缓解动静干涉起到一定作用。通过比较不同方案下监测点压力脉动平均值及峰值曲线图,说明在高速泵中加装径向导叶可以有效地发挥扩压作用,降低液流速度,充分将速度能转化为压能。结合上述结论,可以得出带导叶高速离心泵适合在大流量高工况下运行,如消防灭火,石油化工,航空航天等领域。     

叶片包角对双蜗壳离心泵水力特性的影响

为研究叶片包角对双蜗壳离心泵水力特性的影响,用数值模拟的方法研究了 ZHA235-250-400型双蜗壳离心泵在不同包角下外特性、内流场及蜗壳内压力脉动,然后进行了离心泵水力性能实验.结果表明:随着叶片包角的变化,双蜗壳离心泵内部压力变化较大,当包角为130°时压力分布对称性较好,可有效平衡径向力;包角的增大会减小相对...     

叶轮斜切对导叶式离心泵特性的影响

为改善试验离心泵扬程曲线驼峰,斜切叶轮16.4°,通过试验探索泵扬程、效率、轴功率的变化,同时利用标准SST湍流模型对主要工况Q(Q为额定流量)、0.7Q进行非定常数值模拟,研究叶轮斜切对泵压力脉动和叶轮径向力的影响.试验结果表明,叶轮斜切后各工况扬程均有下降,驼峰区减小;效率有所提高,在0.6Q附近效率增大最多(约2...     

粗糙度对离心泵进口回流非定常特性影响的研究

为研究粗糙度对离心泵进口回流非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset方程的均相流空化模型,对某离心泵在5种不同的表面粗糙度(0、6.30、12.50、27.22和36.27μm)下进行非定常计算,并分析小流量工况0.4Q_d下回流旋涡的发展和不同断面压力脉动、进口和叶轮所受径向力。结果表明:随着流量的降低,效率受粗糙度影响越复杂;在Ra=6.30μm时,各监测点的压力脉动幅值有一定的提高,在其他4个粗糙度下均有降低,且Ra=27.22μm时,各监测点的压力脉动幅值降低程度最大;随着粗糙度的增大,进水管所受径向力先增大后缓慢增加,且受力中心偏心分布;叶轮受到的径向力与进水管壁面粗糙度有一定关联并分布复杂,在Ra=6.30μm时,叶轮径向力趋于均匀分布。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

固液两相流对离心泵压力脉动特性的影响

为了研究含沙水流下径向式导叶离心泵内的压力脉动变化规律,采用大涡模拟和Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,并结合SIMPLEC算法,对输送固液两相流介质的径向式导叶离心泵进行了全流道三维非定常数值计算,并在叶轮与导叶交接面及蜗壳出口段处,将固液两相介质与清水介质时的计算结果进行对比分析。数值计算结果表明,离旋转轴越远处压力脉动幅值越小;导叶与蜗壳内叶频是压力脉动主要频率,且在1倍叶频处最大;导叶内压力脉动幅值均大于蜗壳内,且随着颗粒粒径的增大,压力脉动幅值逐渐减小;蜗壳隔舌处的压力脉动幅值大于蜗壳其他部位;在叶轮与导叶交接面处,清水介质时压力脉动幅值大于固液两相介质时,固液两相介质时脉动波形滞后于清水介质时0.003 5 s;蜗壳出口段,固液两相时压力脉动幅值均大于清水时。     

非同步导叶在不同布置方式下对机组特性影响的研究

以中国某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,采用SST k-ω湍流模型对非同步导叶在不同布置方式下的全流道进行非定常数值计算,并与实验结果进行对比验证.探讨非同步导叶在不同布置方式下转轮和活动导叶区域的内流特性,定量分析非同步导叶在不同布置方式下转轮的受力情况和尾水管的压力脉动.结果表明:非同步导叶在不同布置方式下,无叶...     

叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响

针对叶片厚度分布对两级离心泵空化性能的影响,通过对第一级叶轮叶片的厚度分布进行优化,研究其对泵外特性、压力脉动以及流体激励力的影响。结果表明：采用线性厚度分布的对称叶片时,前缘厚度对空化性能的影响最大,叶片越薄,泵的抗空化能力越强;随着尾缘变厚,压力脉动幅值向叶轮进口方向偏移,且随着叶片厚度减小,压力脉动幅值相应减小。第一级叶轮流道内的压力脉动主频为干涉叶频,保留高幅低频的宽频特征,所受空间三向力的脉动主频为2倍叶频,轴向力较小,脉动幅值较低,径向力的主要信号成分是叶频和2倍叶频。     

叶片数对低比转速离心泵性能影响分析

振动及空化是影响离心泵性能的重要因素。为了进一步优化流道,提高离心泵的性能,在保证离心泵其他参数不变的情况下,设计了3种不同叶片数叶轮。对3种离心泵进行全流道三维非定常湍流数值模拟,分析叶片数对离心泵性能的影响。结果显示:不同叶片数离心泵在两个监测点的压力脉动主频都是相对应的叶片通过频率,次频为叶片通过频率的倍频。叶片数的变化对隔舌处的压力脉动变化影响较大。随着叶片数的增加,离心泵的扬程逐渐增大,离心泵的效率变化比较复杂,当叶片数为5时,离心泵的效率最高。随着进口压力的不断降低,离心泵叶轮所受扭矩发生变化,在临界空化余量附近,泵扭矩发生陡降。     

粒径对高比转速离心泵瞬态流动特性的影响

基于RNGk-ε湍流模型,利用ANSYS软件对一高比转速离心泵进行固液两相流非定常数值模拟,分析颗粒粒径变化对压力脉动、瞬时湍动能以及径向力的影响.结果 表明:随着粒径增大,在小流量工况下离心泵效率逐渐降低,而在大流量工况下离心泵效率先增加后降低;在叶轮流道内靠近进口处其压力值先减小后增大,在流道中段及出口段处其压力值...     

分流叶片进口直径对离心泵空化特性影响

为探究分流叶片对离心泵空化性能的影响,以IS80-50-200模型泵为研究对象,在模型泵上设计添加了3种不同进口直径分流叶片,利用CFD软件对离心泵进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,分析不同汽蚀余量对离心泵空化特性和叶轮内部流场的影响,探究叶轮空化初生和发展规律。结果表明:添加分流叶片后,泵的扬程、效率均有一定程度的提高,且分流叶片的进口直径对扬程和效率的影响不大;泵的H-Q曲线驼峰减弱;泵的抗空化性能均有提高。在研究的水力模型中,当离心泵短叶片进口直径为0.8D2时,泵的抗空化性能最好。添加分流叶片后,长叶片两侧压差减小,叶轮进口处的低压区范围变小,有利于提高泵的抗空化能力。     

颗粒直径及浓度对高速离心泵非定常特性的影响

为探究不同颗粒直径、颗粒浓度对高速离心泵非定常特性的影响,以一台比转速为67的高速离心泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件建立的Mixture混合多相流模型进行了数值模拟计算,分析了高速泵的外特性、内部流场以及压力脉动变化规律。计算结果表明:随着颗粒体积分数的增加,效率最优工况点在向小流量处偏移,并且叶轮进口越偏向大流量工况,效率下降得越快,适当增加颗粒直径,对固液两相流的输送有积极作用;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在叶频及倍频处,在颗粒体积分数为0.65%、颗粒直径为D=0.15 mm时,随着进口流量的增加,固相体积在叶轮流道处占比逐渐减小,在叶轮进口处颗粒占比逐渐增大;随着颗粒浓度的增大,叶轮流道内及隔舌处的压力均减小,叶轮流道内、隔舌处的压力和叶轮的径向力增减速度快慢的分界点在颗粒直径D=0.1 mm附近。     

水轮机导叶关闭规律对蜗壳末端压力的影响

抽水蓄能机组由于S特性,在甩负荷过程中会产生很大的水击压力和脉动压力。为控制压力脉动,以我国某抽水蓄能电站为例进行数值模拟,分析了考虑S特性和脉动压力的两段式和三段式关闭规律的优化方法及在控制蜗壳末端压力方面的优势。结果表明,考虑S特性时,先延时后关闭的两段式关闭规律可有效控制水击压力,其折点时间为工况点到达下奇点时,且第二段快关。考虑脉动压力时,采用先部分关导叶减小开度,而后延时或开启,最后导叶快关的方式可减小脉动压力的影响,三段式关闭规律的两个折点时间分别为工况点到达上下奇点时。相较两段式关闭规律,先关闭后开启再关闭的三段式关闭规律不仅可有效控制脉动压力,在控制水击压力方面也有一定优势。研究成果可为抽水蓄能电站的运维和管理工作提供参考。     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

叶轮叶片数与核主泵叶片反击系数的关系

为提高核主泵的水力性能,从结构方面考虑,利用数值模拟方法对核主泵进行了全流道三维模拟仿真,研究了叶轮叶片数为5~9的叶轮内部流动特性,探讨了叶轮叶片数与叶片反击系数之间的联系,并分析其与叶片泵性能之间的关联。结果表明,叶轮叶片数适当增加,对提高叶片反击系数和泵的整体性能是有利的,而叶轮叶片数过多或过少均将引起叶片反击系数的下降。在叶轮叶片数为7时,叶片反击系数和效率均达到了最高值,对叶片泵的优化设计具有一定的参考价值。     

径向导叶与空间导叶的优劣分析与试验

对某一参数的节段式多级泵导叶进行研究。通过数值模拟对比分析传统的径向导叶(正、反导叶)与空间导叶对泵性能的影响并进行试验验证。以通用CFD软件NUMECA为计算平台,分别对叶轮加径向导叶及空间导叶流场进行分析,发现空间导叶在大流量区容易获得较好性能,但在小流量区损失较大,扬程曲线容易出现驼峰。在小流量区径向导叶性能要优于空间导叶。     

基于CFD的轴流泵后置导叶水力性能分析

为了解轴流泵后置导叶的水力性能,基于RNG湍流模型,采用计算流体动力学CFD软件Fluent,应用SIMPLIEC算法对轴流泵模型装置全流道进行了数值模拟,分析了四种不同流量下导叶体的内部流动特性,研究了导叶的水力性能。结果表明,导叶的水力损失随流量的增加先减小后增大;在设计流量处导叶水力损失最小,导叶压力转换能力最好;小流量下叶轮进出口处水流流态紊乱,导叶流道内出现漩涡回流,是导致导叶水力损失较大的主要原因;大流量下叶轮出口水流轴向速度较大,水流导叶进口边撞击将导致导叶体水力损失增加,水力性能下降。     

叶片进口安放角对离心泵性能影响

为全面了解进口安放角对离心泵性能的影响,在型号为DFG150-9离心泵叶轮水力模型基础上添加正负冲角,获得6组叶片模型,利用RNGκ-ε模型考虑湍流影响,采用均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程考虑空泡生长和溃灭,对6组模型进行三维定常湍流数值模拟,并对效率、扬程和空化余量等进行预测和对比分析。结果表明,添加负冲角,泵效率下降很多,效率曲线向小流量方向偏移,且加速泵抗空化性能恶化;添加0°～15°冲角,所加正冲角越大,小流量区效率越低,大流量区效率越高,且效率曲线向大流量方向偏移,对泵空化性能影响不明显;当正冲角添加至20°时,泵抗空化性能急剧下降,泵效率下降很多。     

导叶时序对多级液力透平压力脉动的影响

为研究导叶时序对多级液力透平性能的影响,以两级径流式液力透平为研究对象,建立以首级导叶周向位置为基准,依次将次级导叶周向旋转10°的5种时序方案。基于RNG k-ε湍流模型对不同导叶时序位置引起的内流瞬态特性进行了研究。结果表明：导叶时序对液力透平外特性曲线有一定影响,但对各过流部件压力脉动影响更为显著;各监测点处压力脉动主频幅值随着导叶交错角度的增大呈现出不同的规律,当交错角度为40°时液力透平内压力脉动降幅最大,首、次级叶轮出口和次级导叶过渡段主频幅值相比0°方案分别降低了11%,51%和16%;导叶时序对首、次级导叶出口压力脉动几乎无影响。