超声水表流场仿真与性能改进策略研究

供水管路中的阻流件是导致超声水表测量管道内原先对称分布的流动发生畸变的主要原因。当对称流流动状态下校正的超声水表如在流动畸变工况下使用,其测量误差就会显著增大。计算机仿真技术可以证实几种主要管路阻流件对测量管道内流场分布的干扰,通过采用有效对策和措施可以削弱这种干扰对测量结果带来的影响。     

特殊流道主泵低流阻水力部件研究

主泵是反应堆冷却剂系统的主要设备之一,也是反应堆冷却剂系统压力边界的组成部分,能保证反应堆冷却剂压力边界的结构完整性。在实现主泵基础性能指标的同时,低流阻水力部件设计优化也应重点研究。根据特殊流道主泵结构形式,以降低主泵水力部件流动阻力系数为目标,开展特殊流道主泵低流阻水力部件设计,完成低流阻水力部件性能分析及低流阻优化,设计出能够满足要求的低流阻主泵水力部件。     

移动泵站轴流泵的CFD数值模拟分析

为了研究轴流泵的水力特性,了解不同工况下轴流泵的工作状态并了解其流道内流场特性,基于福建侨龙公司多功能移动泵站轴流泵三维数模,采用fluent软件,选用k-ε湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过数值模拟预测了轴流泵的水力特性,并与试验结果进行对比分析,验证了模型准确性。在此基础上,分析了两种不同工况下轴流泵叶轮叶片和导叶表面的压力及速度分布情况,揭示了叶片和导叶的流态以及表面压力在流场中的分布规律。数值模拟结果对深入了解轴流泵内部流动规律和指导水力机械设计有一定的参考价值。     

闸阀阻力特性分析

通过Flow Simulation软件,分析了闸阀在不同开度下介质的压力分布及流速分布,根据后处理结果给出了阀门的流阻特性和内部介质流动特性,并求解阀门不同开度下的阻力特性曲线。     

整体涡旋流畸变对轴流-离心组合式压气机喘振特性影响的数值研究

为研究整体涡旋流畸变对轴流-离心组合式压气机喘振特性的影响，本文采用气腔模型来研究压气机出口的容腔效应，分别模拟了均匀进气以及不同旋流强度的正向及负向整体涡旋流畸变作用下，组合式压气机的喘振过程。研究发现，正向整体涡旋流畸变作用下，离心叶轮进口截面近盘侧存在强度较大、范围较广的正向旋流，一定程度上抑制了叶轮内的流动分离；相反地，负向整体涡旋流畸变作用下，离心叶轮进口截面近盘侧存在强度较大、范围较广的负向旋流，使叶轮内的流动分离加剧甚至引发回流，使得压气机系统进入深度喘振工况。正向整体涡旋流畸变的旋流强度越大，组合式压气机的喘振圈及喘振频率越小；负向整体涡旋流畸变作用下，旋流强度越大，喘振圈越大、喘振频率越高。     

轴流泵内部流动的压力及性能研究

本文应用三维湍流Navier—Stokes方程、工程上广泛使用的K—F两方程湍流模型、包含粗糙度高度的壁面函数,对不同工况下的轴流泵段的性能和力学特性进行了数值模拟研究,得到不同流量下的泵段内部流动的压力、速度分布,及垂直于泵轴线截面上的总压力、静压力、动压力平均值沿泵段的变化,泵段的流量、扬程、轴功率、效率曲线。探讨了轴流泵过流表面粗糙度对泵性能的影响。本文的结果对认识轴流泵内部流动的结构,内部流动特性对性能的影响等具有指导意义。     

导叶周向布置位置对核主泵压力脉动的影响

基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格模型,对核主泵导叶在不同周向位置缩比模型的内部流动进行全三维非定常数值计算。研究导叶周向布置位置对叶轮出口、叶轮-导叶间隙处以及泵壳内压力脉动的影响规律,并分析导叶周向位置对导叶下游流动的影响,结果表明:导叶周向位置对模型泵内压力分布影响较大,在时域图中,导叶位置主要影响模型泵内压力脉动的波动幅度,导叶在α=0?时压力脉动的主波动幅度最小;在频域图中,导叶位置主要影响压力脉动能量幅值,导叶在α=0?时脉动能量幅值最小。叶轮出口的压力脉动能量幅值最大,泵壳内的能量幅值最小,压力脉动主要由动、静叶间的相互干涉引起。叶轮出口、叶轮-导叶间隙处的压力脉动频率主要受叶频影响,泵壳内的压力脉动频率仅与转频有关。导叶周向位置对导叶下游的内部流动影响较大,导叶在α=0?时截面B—B内的压力分布均匀、压力梯度小。合适的导叶周向位置可有效改善泵内的压力脉动分布,进而降低泵的振动。     

基于超声波流量计的非理想流动粘黏性流体流量测量研究

针对高黏度流体在输送过程中的流动状态容易受到管道变化的影响而降低其流量测量精度的问题,提出了一种利用带遗忘因子的最小二乘法进行积分权重系数优化的方法,以改善超声波流量计测量高黏度流体复杂流型的精度。以T型管和变径管作为阻流件,应用计算流体力学软件FLUENT观察非理想流动下的流型分布,并通过搭建实验装置,分析在阻流件下游10D和20D处以及不同黏度流体下的流动情况。结果表明,相比于传统针对圆管优化的超声波流量计积分方法,该优化算法可以使测量相对误差有效控制在±1.0%范围内。研究结果有助于提高炼油企业中不同物性原油输送过程的检测精度。     

大推力氢氧发动机双吸液氧泵优化与仿真研究

为满足我国未来载人登月等重大航天工程的需要,研制重型运载火箭势在必行,而大推力氢氧火箭发动机是其发展的基础。作为火箭发动机的心脏,大流量高扬程液氧双吸泵能够高效稳定运行具有重要意义。双吸泵进口壳体中液体的流动状态,直接影响诱导轮、叶轮内的流场,从而对整泵性能、稳定性及对变工况的适应性产生重要影响。通过设计不同结构、数量和位置的进口导叶,并利用CFD技术对整个液氧双吸泵内流场进行三维数值仿真,其中湍流模型采用Realizable k-ε双方程模型,压力与速度耦合采用SIMPLEC方法,获得了该泵的性能曲线及其流场内压力和流线分布情况,并得到了进口导叶对整泵性能的影响规律:合理的进口导叶设计能有效地改善双吸泵内流动情况,可以使诱导轮入口流场更为均匀、稳定,对提高整泵性能及其对较宽流量范围的适应性具有积极意义。     

串列三圆柱绕流的时均压力分布与气动力

运用刚性模型测压风洞试验方法对单圆柱、不同间距串列双圆柱和串列三圆柱绕流的时均压力分布与气动力进行了研究。首先,进行单圆柱模型和不同间距串列双圆柱模型的绕流试验,试验的雷诺数为3.4×104;其次,通过与单圆柱进行对比,讨论了气动干扰对串列三圆柱时均压力分布与时均阻力的影响规律;最后,通过与串列双圆柱进行对比,讨论了圆柱的数量对干扰规律的影响。试验结果发现,串列三圆柱的绕流存在两个完全不同的流态,其切换的临界间距(L/D)cr在3.5～4.0之间,两个流态下的时均压力分布与时均阻力存在明显的差异。本研究可对实际工程中串列圆柱结构的风荷载取值提供参考。     

截止阀内部瞬态流动特性研究

为得到截止阀启闭过程中流动特性对自身性能的影响规律,对截止阀内部瞬态流动特性进行研究。在不同开度的情况下,应用仿真软件进行模拟分析,结果表明：当开度小于30°时,截止阀阀芯结构内部高压区域的压力急剧增大,压力分布密集,截止阀流阻因数提高;当开度大于70°时,截止阀阀芯结构内部高压区域的压力相对减小,压力分布平缓,截止阀流阻因数降低,此时有利于提高截止阀的流通性能。将流阻因数作为衡量截止阀流通性能的评判标准,在整个开启过程中,截止阀开度越小,阀芯所受管道振动与冲击越大,越不利于流量调节。     

叶顶间隙对离心泵气液两相流特性的影响

为研究叶顶间隙对离心泵气液两相流特性的影响，以比转速为33的半开式叶轮离心泵为研究对象，设计了四种叶顶间隙值(0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm、1 mm)的模型泵，采用Eulerian模型对各间隙值模型泵进行了不同进口含气率(IGVF)不同流量工况下气液两相流动进行了数值计算，得到了不同IGVF下各模型泵的外特性曲线，并分析了叶顶间隙变化对模型泵外特性及其内部流场影响规律。结果表明：当IGVF≤5%时，气相在泵内的聚集程度较低，叶顶间隙泄漏流动是影响模型泵性能的主要原因，模型泵的性能随间隙值的增大而减小，0.3 mm间隙值为最佳间隙值；当IGVF=12%时，气相在泵内高度聚集，导致叶轮内部流动极为紊乱，湍动能的分布范围和强度也逐渐增强，由此造成的能量损失是导致模型泵性能下降的主要因素，其中0.5 mm间隙值模型泵的湍动能分布和强度最小，此时模型泵的性能达到最佳。     

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.     

基于CFD仿真的CAP1400核主泵流动特性研究

为研究CAP1400核主泵水力部件的流动特性,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对核主泵水力部件多个流量点进行三维流动数值计算,研究了核主泵内不同流量工况下的流动特征,并对计算的额定工况下的性能与试验进行了对比。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测CAP1400核主泵水力性能,获取内部流动细节。在额定设计工况下,核主泵流态均匀稳定,水力性能优良。通过与非设计流量工况对比,较全面比较了该核主泵流动特性,对支撑核主泵水力部件设计和优化提供有益的参考。     

基于CFD仿真的核主泵流动特性研究

为研究核主泵水力部件的流动特性,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对核主泵水力部件多个流量点进行三维流动数值计算,研究了核主泵内不同流量工况下的流动特征,并对额定工况下的性能数据与试验数据进行了对比。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测核主泵的水力性能,获取内部流动细节。在额定设计工况下,核主泵流态均匀稳定,水力性能优良。通过与非设计流量工况的对比,较全面地分析了该核主泵流动特性,为解决核主泵水力部件设计和优化提供了有益的参考。     

旋流泵内部非定常压力脉动分析

为了深入分析旋流内部流场的压力脉动特性,建立旋流泵数值计算模型,基于标准k-ε湍流模型,开展旋流泵内部流动结构的非定常计算,分析旋流泵进口、出口及压水室的监测点的压力脉动情况,探讨各处压力时域与频域图变化规律,并对脉动特性进行试验验证。结果表明:不同工况下旋流泵压力波动呈现明显的周期性变化;叶轮与隔舌处的干涉作用是压力脉动的来源,隔舌处的脉动主频以叶频为主;旋流泵内部充满大量回流与漩涡,也是造成流动不稳定的因素,该研究结果为旋流泵的稳定运行提供了理论依据。     

环形压水室截面面积对核主泵性能的影响

为了研究环形压水室结构对于核主泵水力性能的影响,在保证其他过流部件几何参数不变的前提条件下,以某型核主泵模型为研究对象,设计3种不同截面面积环形压水室的核主泵模型,并基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格模型,对以上3种缩比模型内部流动进行全三维数值模拟,通过试验证实了数值计算数据与试验数据的吻合性与该数值模拟方法的可靠性。结果表明:在设计工况下运行,压水室截面面积变化对核主泵性能影响不大;偏离设计工况,适当增大压水室截面面积能够提高核主泵的扬程、效率和静压能占比,并改善压水室内部流动特征;而偏小的压水室截面面积会使其内部流动损失增大。在实际泵产品的设计和研究过程中,结构尺寸允许的条件下适当增大压水室截面面积有利于提高核主泵的整体性能。     

两种不同截面螺旋管压力损失的比较研究

通过数值模拟详细分析比较了圆形截面螺旋管和矩形截面螺旋管内不同截面的速度场、压强场分布以及这两种截面螺旋管内流体的压力损失随流体速度、管道横截面积、螺旋直径和螺距的变化规律。结果表明两种截面螺旋管的速度场、压力场分布类似,均产生二次回流现象,均随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动,并发现从压力损失角度考虑,圆形截面螺旋管流阻性能要优于矩形截面螺旋管。分析了扁度对矩形截面螺旋管压力损失的影响,发现当流体速度较大时,扁度对压力损失的影响明显,并随扁度的增加而单调递增。     

旋流泵内部流动及吸入性能试验研究

通过萝卜水流流动和气水混输观察试验，研究旋流泵流动原理，探讨旋流泵涡室流动模型。通过对液下旋流泵进口直径D0对性能影响的对比试验，确定D0/D2的最佳比值。对旋流泵汽蚀余量曲线及汽蚀对泵扬程的影响与同比转数离心泵进行对比分析，探讨旋流泵汽蚀性能特点。     

双吸双流道泵流动特性研究

为探讨双吸双流道泵的内部流动规律,本文基于CFD性能预测方法,计算泵在不同时刻和不同工况下的速度-压力分布,探讨其蜗壳喉部的速度分布和蜗壳内部的压力脉动。研究结果表明:叶轮进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,在流道的工作面上存在脱流和旋涡。叶轮流道旋转至隔舌左侧靠近蜗壳出口时,叶轮流道以及蜗壳喉部的速度-压力分布均匀。各监测点为低频振动。此项研究可为进一步优化此类泵提供一定的参考。