叶片交错布置对双吸离心泵外特性的影响

基于RANS方程、修正后的RNG湍流模型和壁面函数法,采用CFX软件分别对交错布置和对称布置叶片的高转速低比转速双吸离心泵进行了流场为三维不可压缩湍流流场的数值模拟,计算得到了各自的性能曲线以及叶片和蜗壳内的压力和速度分布。通过对比分析可知,采用交错布置叶片能有效降低泵的轴功率,且在设计工况和大流量工况提高泵的效率,能明显改善蜗壳内部流动特性,有效减小泵内气蚀的严重程度,增强离心泵的运行稳定性。     

叶片厚度分布对离心泵流动结构及性能的影响

为研究叶片厚度分布对离心泵性能的影响,在保证蜗壳和叶轮其他参数不变的情况下,设计了3种不同叶片厚度分布的模型,采用定常和非定常数值计算方法分别获取不同模型的外特性和压力脉动情况,并结合内部流动结构进行对比分析。结果表明：采用抛物线型非均匀叶片厚度分布方式能够显著提高离心泵性能,在设计工况下厚度较大的模型相比初始模型扬程提高0.38 m,效率提高3.07%;非均匀叶片厚度分布能够改善泵内流场,通过减小叶轮中部叶片载荷变化梯度,从而有效减少叶片间轴向旋涡,但在一定程度上加剧了尾缘流动分离;泵内非定常压力脉动主频集中在叶频上,采用非均匀叶片厚度分布能够显著降低泵内不同位置处的压力脉动幅值,相比初始模型,2个厚度优化模型在叶轮出口各监测点处的平均叶频脉动幅值分别降低了21.7%和33.5%,一定程度减弱了泵运行过程中的流致振动。     

叶轮形式对双吸离心泵压力脉动特性影响试验研究

双吸离心泵压力脉动是影响水泵机组运行稳定性的关键因素之一.为研究叶轮形式对双吸离心泵压力脉动的影响,对5种方案的叶轮进行压力脉动同台试验.通过在吸水室和压水室壁面布置压力脉动传感器,采集各个测试流量下的压力脉动信号,并进行混频幅值和频谱分析,得到吸水室和压水室的压力脉动分布规律.结果表明:双吸离心泵普遍存在叶片通过频率、泵轴旋转频率和低于轴频的低频脉动成分.相对于传统双吸叶轮,两侧叶片交错布置后可改善压力脉动特性;调整叶片出口边形状,增加叶片后盖侧的包角,可明显降低压水室叶片通过频率的脉动幅值,减轻动静干涉的危害;采用长短叶片形式可改善叶轮进口流态,降低吸水室的压力脉动,改善小流量工况下压水室的压力脉动特性.     

叶片进口型线对高速离心泵内部流动特性的影响

叶片进口结构对离心泵的性能具有重要的影响。为了解叶片进口型线对高速离心泵外特性及内部流动特性的影响,以一台高速离心泵为研究对象,设计了两种不同叶片进口角度的叶轮(IP0、IP30)。利用Fluent软件,基于N-S方程和SST k-ω湍流模型对两种不同叶片进口角度叶轮的高速离心泵进行全流场三维数值模拟,并以外特性试验验证数值模拟结果的准确性。结果表明:IP30在1.0Q、1.2Q以及流量小于0.4Q时扬程均高于IP0,在0.6Q及0.8Q流量下扬程低于IP0,在全流量工况下效率均低于IP0。整体而言,IP30叶轮的高速离心泵能在一定程度上消除驼峰。与IP0相比,IP30的压力脉动幅值更低,具有更稳定的周期性,具有更好的压力脉动特性。     

包角对高比转速双叶片自吸离心泵外特性及振动特性的影响

为研究包角角度对高比转速离心泵的外特性和压力脉动的影响情况,基于SST k-ω湍流模型,对比转速n_q=327的双叶片自吸泵进行了三维非定常数值模拟,采用计算标准差法,对各个监测点的压力脉动进行分析,主要研究了230°～300°包角情况下的外特性变化情况及内流场时空演变特征。结果表明:随着包角角度的增大,扬程呈现先上升后下降的情况,且流量越大,扬程下降越快;随着包角角度的增大,叶轮所受扭矩逐渐降低,存在一个最佳的包角使得效率值最高;双叶片离心泵在运转的过程中隔舌沿叶轮旋转方向20°位置压力脉动最为严重,同时由于双叶片叶轮呈180°中心对称,压力波动最大处的正对面位置压力脉动同样较大;包角角度增大,叶轮中的涡黏度会随之下降。该研究可为高比转速双叶片自吸离心泵设计中包角的选择提供了参考。     

带加强盘的交错叶片型风机结构及流动特性

为提高大流量离心风机的气动性能,运用计算流体动力学研究了加强盘位置及叶轮型式对叶轮结构强度、风机性能及压力脉动的影响。结果表明：加强盘居中时风机设计点效率与原型机相比提升3.9%,叶轮最大总变形量减小56.5%,蜗壳流域压力脉动降低5.4%;表面加强盘居中有利于增强叶轮结构强度,提升风机气动性能并降低蜗壳流域压力脉动;采用交错叶片能降低70%以上蜗壳流域压力脉动,有利于风机离散噪声控制;受高低能流体掺混产生的湍动能耗散影响,交错叶片型风机气动损失增加,且叶道内压力脉动幅值增大。加强盘居中和采用交错叶片是提高大流量离心风机气动性能和降低离散噪声的有效方法,但需注意其对气动损失的影响。研究结果可为大流量风机加强盘设计提供理论依据。     

分流叶片对离心泵流场和性能影响的数值预报

针对低比速离心泵IS 50-32-160模型,给出不同叶片数下、不同分流叶片长度的设计方案,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法,对多方案的全流场进行分析。对非设计流量工况计算采用了稳态N-S方程求解,对于叶轮和蜗壳、前后腔体的交界面采用滑移网格技术进行处理。通过叶轮叶片上扭矩分析,并结合以往试验和计算经验,给出适用于低比速离心泵分流叶片长度的设计公式;流场计算结果显示：分流叶片有利于叶轮出口和蜗壳入口的压力、速度分布均匀性,能有效提高叶轮出口压力,减小压力脉动;通过不同工况的计算模拟,预测各个设计方案离心泵的性能,结果表明：含分流叶片离心泵的效率向偏大流量处偏移,扬程提高较多,且功率曲线更加陡峭。最后总结了不同叶片数对水泵性能的影响,给出不同设计要求时叶片数取值参考。     

叶片与隔舌干涉对离心泵性能和压力脉动影响的数值研究

采用SST k-ω湍流模型对离心泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,分析了不同时刻叶片与隔舌相对位置对模型泵瞬时性能及压力脉动的影响。利用数理统计学原理和时-频域数据处理方法对流场内监测点的压力脉动进行分析。结果显示:叶片与隔舌间的动静干涉引起模型泵瞬时性能呈周期性变化,瞬时扬程与瞬时效率波动较大而瞬时轴功率波动值较小;改进特定时刻叶片与隔舌相对位置处泵的最低瞬时性能是提高其总体性能的一条途径;隔舌及叶片附近均是较强的脉动源,脉动最强的部位不在隔舌顶部而是向螺旋线方向偏移;叶片通过频率是压力脉动的主要频率。     

叶片进口边位置对双吸离心泵性能的影响分析

针对一种国内生产的双吸泵,利用CFD软件对其内部流场进行数值模拟,依据一元理论对叶轮的水力设计进行检查。在不改变原叶轮设计的基础上分别将叶片进口边三次后移构造出三种叶型A1、A2、A3。数值计算结果表明:在任意工况下叶轮A2的效率比A1、A3的效率都高,且在最优工况下叶轮A2的最高效率比原叶轮的效率高5.8%,高效区也明显变宽。研究表明,在推荐值1～1.3以外时,叶片间有效进出口面积的比值并非越小,泵的性能越好;叶片进口边的位置对泵的性能有很大的影响,适当改变进口边位置可以有效地改善叶轮进口的流动状态。     

离心泵叶片尾部结构优化设计对性能影响的研究

优化离心泵叶片结构是改善其性能参数的有效途径。叶片的尾部结构与泵内液体的流动状况存在一定关系,而泵内的流动状况很大程度上影响着离心泵的压强分布和空化性能。为进一步优化离心泵的空化性能,以一定数量的叶片为前提,优化泵内3种叶片的尾部结构进行泵内的流场计算和空化计算,以期得到抗空化性能更好的叶片结构。     

离心泵S形叶片流动特性及水力性能分析

对离心泵而言,叶片出口角β₂是影响泵性能的一个重要参数。基于Fluent离心泵全流场数值模拟,对某型号低比转数离心泵进行了大出口角叶形的改形设计,研究了不同大出口角对离心泵水力性能的影响,并对比分析了原模型泵与S形叶片离心泵水力特性及流动特性。结果表明：离心泵扬程随着出口角的增大而增大,在出口角为90°时达到最大值。当出口角为90°时,S形叶片的水力性能最佳,在设计工况下及大流量工况泵扬程显著提升且效率有小幅度提升,但小流量工况下泵效率略有下降。S形叶片可以有效抑制离心泵叶轮内的边界层分离现象,且随着流量的增大抑制效果越明显。     

减轻双吸式离心泵叶片汽蚀的试验研究

通过大量运行观测和对比,揭示了叶片进口形状改变对水泵汽蚀过程的影响和汽蚀产生的原因。通过改变离心泵叶片结构试验,提出了减轻离心泵叶片汽蚀的途径。     

不同叶片出口角下离心泵压力脉动及径向力分析

在试验结果和数值模拟吻合良好的基础上,开展叶片出口角对离心泵压力脉动以及径向力影响的研究。本文以两级矿用潜水离心泵为研究对象,建立4组不同叶片出口角叶轮模型,通过数值模拟获得离心泵外特性,叶轮、导叶、蜗壳的压力脉动分布及叶轮径向力特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵内压力脉动呈周期性,当β2=16°和20°时叶轮出口压力脉动强度较大。随着叶片出口角增大,导叶和蜗壳内压力脉动均逐渐增强,且导叶内压力脉动强度大于蜗壳,不同叶片出口角下,导叶及蜗壳内脉动主频均为叶频。叶片出口角的改变也会对叶轮径向力矢量分布产生一定影响,随着β2增大,叶轮径向力逐渐增大,且首级叶轮轴向力大于次级叶轮,蜗壳比导叶有更好地改善叶轮轴向力的作用。     

间隔式切割叶片对离心泵性能的影响

通过对离心泵性能试验及流场数值计算研究,发现间隔式切割叶片及整修切割的前缘,可提高离心泵的效率,拓宽高效率区,增大流量,改善汽蚀性能。     

叶片参数对离心泵关死点性能影响的试验分析

一直以来离心泵关死点扬程和功率都无法通过理论计算获得。以某比转数为92.7的离心泵为研究对象,试验测试了不同叶片出口角、叶片出口宽度和叶片数下关死点扬程和功率的变化规律。试验结果表明关死点扬程随着叶片出口角的增大变化较小,随着片出口宽度的增加一直增加,随着叶片数增加先减小后增大;3个参数对关死点功率的影响都比较复杂;3个参数对关死点性能的影响大小顺序为叶片出口宽度最大,叶片数次之,叶片数最小。研究结果对于现代离心泵的设计具有比较重要的参考意义。     

叶片数对离心泵叶轮失速特性影响研究

为研究叶片数对离心泵叶轮失速特性的影响,以4种不同叶片数的离心泵叶轮为研究对象,采用改进的亚格子模型(Sub-grid scale model,SGS)对叶轮的内部流场进行数值模拟,得到不同叶片数的失速团的运动规律,以及失速频率、失速团个数、转速等特性参数。研究表明,叶片数对叶轮内部失速团的类型有显著影响,当叶片数为偶数时,会发生"交替失速"流动现象;当叶片数为奇数时,会发生"旋转失速"流动现象。另外,叶片数对失速团特征参数也有一定影响。当发生"交替失速"时,叶片数增多,失速团的数量也随之增多,失速频率也随之变化,4叶片叶轮失速团的失速频率约是6叶片的2.4倍;而当发生"旋转失速"时,叶片数增多,失速团的数量也随之增多,转速也随之增大,7叶片叶轮失速团的转速约是5叶片的1.8倍,失速频率是它的3.8倍。     

叶片进口边形状对离心泵NPSH的影响

以ＩＳ１００－６５－２００型离心泵为研究对象，研究了三种不同叶片进口边形状对离心泵汽蚀性能的影响。     

压力脉动法诊断离心泵汽蚀的试验研究

汽蚀发生时，离心泵进出口原有压力脉动强度会发生变化。本文对离心泵进口压力进行了测试和频谱分析，弄清了汽蚀脉动频率的出现范围，找到了可以用于监测早期汽蚀故障的脉动频率，并确立了该脉动频率下脉动幅值和汽蚀余量的对应关系。     

各参数对多级离心泵性能的影响及优化

为解决基于传统思路所设计的多级离心泵性能无法满足实际生产需求的问题,基于SolidWorks软件构建三维模型,并根据仿真需求对模型进行网格划分后,通过FULENT软件对叶片数量、出口角度、出口直径和进口直径等结构参数对多级离心泵的效率、扬程、H-Q曲线及内部流场的影响进行对比,得出多级离心泵最佳性能对应的结构参数。     

叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能的影响

为了探究叶片曲率半径变化对离心泵叶轮内部流动特性以及对叶轮水力性能的影响,采用基于RNG k-ε湍流模型对某型号离心泵进行定常数值计算。在原模型的基础上,将叶片出口角在17°～23°区间内进行变化以改变叶片中后部的曲率半径大小,并在分析叶轮内速度场和压力场变化的基础上探讨叶轮水力性能发生变化的原因。结果表明：减小叶片出口角,能够有效地减小叶片中后部的曲率半径,但对叶轮扬程减小的幅度有限,最低扬程仅比原模型计算值减小了0.43%;而叶片中后部曲率半径的减小,能够有效地减小叶片两侧压差,从而进一步降低叶轮的轴功率,最小轴功率比原模型计算值降低了1.12%,最终可使叶轮的水力效率提高0.61个百分点。