诱导轮叶片开缝对高速离心泵空化性能的影响

为研究诱导轮叶片表面开缝对高速离心泵空化性能的影响规律,设计叶片开缝系数k为0(叶片未开缝)、6.7%、13.3%、20%和26.7%五种叶片开缝方案。基于RNG k-ε湍流模型和Reyleigh-plesset空化模型对高速离心泵进行全流道三维数值模拟,对比分析了诱导轮截面内流线和压力分布规律、诱导轮内空泡发展过程及离心泵的空化特性曲线。研究结果表明诱导轮叶片入口轮缘处开缝可减小亦或是消除该区域的低压区,且对离心泵的水力性能的影响较小;缝隙可抑制并减小初生空化阶段空泡体积分布;开缝系数k对高速离心泵空化性能的影响存在最优值,该研究中开缝系数k=13.3%时,诱导轮的空化性能表现最优。     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,根据模拟计算结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

不同设计参数对离心泵内部不对称空化的影响

为研究不同设计参数对离心泵内部不对称空化现象的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他参数不变,分别改变叶轮的叶片数、包角和冲角并建立相应模型,采用ANSYS-CFX软件对各模型进行计算并对结果进行分析。研究结果表明:在一定范围内,叶片数越多,越不利于各流道内的对称性流动,会造成不对称空化现象越来越严重;加大叶片包角可以使叶轮各流道内流动更均匀,缓解离心泵内的不对称空化现象;选择合理的冲角不仅可以提高泵的抗空化性能,同时也可以减轻离心泵内的不对称空化现象。     

叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响

为了探究叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响,以某型号离心泵为研究模型,通过修改叶片包角和方格网流线构建了4组具有不同叶轮流道入口喉部面积的叶轮,基于RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4组模型泵方案的空化性能进行数值模拟。研究结果表明：在保持叶轮流道出口面积不变的前提下,叶轮流道入口喉部面积增大,初生空化余量NPSH_i与临界空化余量NPSH_r的变化存在相反的趋势,两者之间没有倍数关系;临界空化余量NPSH_r主要与叶轮流道面积的变化趋势有关,宽敞流道有利于降低离心泵的临界空化余量,提高空化严重时的断裂扬程;初生空化余量NPSH_i与叶轮进口几何形状有关,为获得较小的初生空化余量,在水力设计过程中,须采用使入口喉部面积减小的措施。     

叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响研究

为了研究叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响,本文基于CFturbo和UG软件,利用CFX中的RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对比转速为185的离心泵分别探讨其叶片包角为90°、95°、100°、105°、110°时该离心泵的空化特性。结果表明,叶片包角对高比转速离心泵外特性有显著的影响,其泵的扬程随叶片包角的增大而减小,且小流量时随包角的增大效率增加,大流量时则反之;同时随叶片包角增大,进口低压区的面积增大,进口空泡体积分数减小,离心泵的内部流动更加平顺光滑,叶片背面的旋涡消失,叶轮流道内的流线越趋于叶片的形状;叶片包角大小与离心泵的进口湍动能呈负相关;说明包角越大,高比转速离心泵的抗空蚀性能越好。     

叶片进口修缘对离心泵汽蚀性能影响的数值计算与试验研究

为了改善离心泵的汽蚀性能,根据经验,确定了两种叶片进口修缘形式。首先通过原型泵的外特性试验,确定了能量性能和汽蚀性能曲线。基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对原型泵运行工况下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。预测得到原型泵能量性能和汽蚀性能曲线,与试验曲线吻合良好;同时得到汽蚀发生过程中叶轮流道内空化发展的静态特征,与理论相符。故采用相同的数值分析方法对两种叶片进口修缘后的叶轮进行分析,分析表明：进口修缘后泵的汽蚀性能得到了提高,叶片进口工作面修缘形状越接近流线型,泵的汽蚀性能越好。对较好修缘形式的泵进行试验,得到其能量性能曲线和汽蚀性能曲线,数值分析与试验研究的曲线吻合,修缘后泵的临界汽蚀余量得到改善。研究结果对离心泵汽蚀改善的方法具有一定的指导意义。     

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。     

基于熵产的侧流道泵流动损失特性研究

侧流道泵是一种介于容积式泵和离心泵之间的径向式叶片泵。泵内流体以螺旋轨迹方式在叶轮和侧流道中反复运动,整个运动是一种典型的全三维、高湍流强度、空间非对称的湍流流动,因此不可避免地产生较大的流动损失。利用热力学第二定律,基于熵产的流动损失分析方法对一种单级侧流道泵模型湍流流动损失进行研究,主要通过理论和数值计算求解湍流流动过程中增加的熵产,定性分析侧流道泵流动损失出现的位置及分布特点。结果表明,侧流道泵内部流动损失主要与湍流流动增加的熵产有关,而热量交换产生的熵产相对较小,在侧流道泵的损失研究中可以忽略;叶轮流道和侧流道内的湍动耗散率均远远大于直接耗散率;叶轮流道内的损失主要出现在叶轮内缘至0.4 r处,在侧流道内,流动损失主要出现在流道进口、流道中间靠近内缘部分以及出口附近。     

高抗气蚀离心泵内流场数值模拟研究（英文）

本文以同一工况下具有相同进出口尺寸的离心泵模型为对象,基于数值模拟的方法研究了子午面轮廓和长短叶片对离心泵的气蚀性能和水力性能影响。遵循抗空化设计准则提出有别于普通离心泵的三种高抗气蚀离心泵,其一具有驼峰型过水断面曲线,最大值在叶片前缘处以降低前缘冲击损失,减少空化影响。其二采用诱导轮叶轮一体化设计,安置分流叶片,长叶片在进口处螺旋形前伸,提前做功,使低压点前移。其三结合以上两种设计手段综合提高抗气蚀性能。采用多相流CFD模型预测三种模型泵在设计工况下的气蚀性能叶片载荷与气液两相分布间,并在无量纲空化数下分析了其气蚀性能。结果显示进口延长的螺旋形长叶片形成了类似诱导轮的效果,降低了整个叶轮对空化影响的敏感性。另一方面,单纯地扩展子午面流道虽然可以显著提高扬程与空化性能,但是却对整体效率产生了不利影响。     

离心泵空化余量分析研究

许多泵长期运行处在临界空化工况与初生空化工况之间,会造成叶片表面出现坑蚀和穿孔等破坏,从而使泵因空化而达不到预期寿命.由此选用一种单级单吸离心泵为研究对象,基于湍流模型k-ε和空化模型Zwart,进行非定常空化数值计算结果分析.对于初生空化的判定,以σ≥1.0时叶片表面刚刚发生空化,产生的汽泡对外特性无影响,且以汽体体...     

离心泵蜗壳内非定常流动特性的数值模拟及分析

基于RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对离心泵内部非空化和空化工况下的非定常流动特性进行数值模拟,分析空化模型中凝结项经验系数对数值模拟结果的影响,并根据试验结果修正离心泵空化流动数值模拟中凝结项经验系数;数值模拟得到的离心泵扬程随有效空化余量的变化曲线与试验结果吻合较好,验证数值计算模型和方法的准确性和可靠性。数值模拟结果表明：离心泵非定常流动中,非空化、临界空化和充分发展空化工况下,蜗壳内监测点的压力脉动主频均为叶片通过频率;空化对离心泵蜗壳内压力脉动的影响较大,非空化时压力脉动最大幅值在蜗舌处,空化时压力脉动最大幅值在第1断面附近,其原因是离心泵出现空化时第1断面处旋涡强度增强,且随时间变化剧烈,对流动产生强烈扰动。     

轴流泵的空化研究

为了研究轴流泵内的空化流动,采用修正的RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对某一轴流泵空化流场进行稳态数值模拟,得到了轴流泵的外特性曲线及空化性能曲线并和试验数据对比。结果表明,修正的RNG k-ε湍流模型能够较为精准地对轴流泵内的空化流动进行预测;随着汽蚀余量的降低,叶片背面压力梯度变大且分布紊乱,叶片出口位置处的湍动能强度越来越大且向叶片进口和相邻叶片工作面位置扩大;汽泡最先在叶片背面进口轮缘位置处产生,然后向叶片背面进口轮毂位置和叶片背面轮缘位置处扩大。     

基于CFD技术改善双吸离心泵叶轮性能

介绍了低比速离心泵特点,阐述计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法.运用CFD软件FLUENT对不同叶片形式叶轮流道进行三维湍流流动计算.计算采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法和雷诺平均法的RNG k-ε湍流模型.根据计算结果分析叶片形式对流速分布、压力分布的影响,揭示叶轮内流动规律,提高低比速离心泵优化设计的水平.     

大流量工况下离心泵非定常空化流动特性分析

为了研究在大流量工况下离心泵的空化现象,以及该工况下的空化与压力脉动关系,通过实验测试,在蜗壳内建立监测点进行数值分析,研究了大流量工况下,不同空化阶段离心泵的压力脉动情况,并且对离心泵的非定常空化流动特性进行了分析。首先,通过搭建离心泵闭式管路实验台,对离心泵外特性及不同程度空化情况进行了测试;然后,应用RNG k-ε湍流模型和全空化模型,对一台单级单吸悬臂式离心泵进行了数值计算,得到了空化流场和蜗壳上监测点P1～P5的压力脉动时域和频域特征;最后,基于数值计算结果,分别对叶轮内不同空化状态下,蒸汽体积分数、中间截面速度矢量分布以及监测点的压力脉动进行了分析。研究结果表明：随着空化的加剧,叶片吸力面的空泡区域不断扩大,对流道进口的堵塞作用逐渐增强,而蜗壳上各压力脉动监测点的主频也随之发生显著变化;因此,对泵蜗壳上压力脉动的监测和分析可为空化现象的判断提供参考。     

诱导轮出口螺距对离心泵空化性能的影响

为了查明诱导轮出口螺距对离心泵空化性能的影响,设计了入口螺距相同、出口螺距逐渐增大的三个诱导轮:诱导轮5-5、诱导轮5-8、诱导轮5-11;采用k-ε湍流模型和Singhal空泡动力学模型,对泵内流动进行空化数值模拟,分析了设计工况下离心泵空化断裂特性和气泡分布流场特征。结果表明:相比于等螺距诱导轮5-5,加设变螺距诱导轮5-8及5-11的离心泵在相同进口压力条件下具有更高的扬程和更少的流场内气泡分布,在同一流量工况下具有更低的空化断裂点,在空化断裂点泵扬程分别提高了10.4%和18.6%;变螺距诱导轮保持进口螺距不变,增大出口螺距可以进一步提升半开式叶轮离心泵抗空化性能。     

离心泵非定常空化流动特性的数值研究

采用压力边界条件对一单级单吸蜗壳离心泵进行了三维空化非定常相变流动的数值计算,模拟过程通过定常计算、基于滑移网格技术的非定常计算、以及结合混合项模型和Schneer-Sauer方程的空化演变计算,成功捕捉了泵内非定常空化流动特性。计算结果表明:设计工况叶轮前缘空化率在0.92%～1.12%范围内以叶片旋转频率做周期性变化;当叶片靠近蜗舌时空化加剧,而泵流量略有降低;当叶片远离蜗舌时空化减轻,流量有所增加。     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。     

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。     

冲压焊接多级离心泵叶轮内部流场的计算机辅助分析

基于时均N-S方程、标准κ-ε湍流模型和壁面函数法,在旋转坐标系中利用SIMPLE算法,对圆柱型、机翼型和堵塞流道型三种类型叶片的冲压焊接多级离心泵叶轮内部三维湍流流动进行数值计算与分析.研究冲压焊接多级离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响规律,揭示离心泵叶轮通道内部流动的主要特征.利用计算流体动力学(CFD)商用软件ANSYS CFX的数值计算结果,得到了三种类型叶片的叶轮在设计工况下的效率,并与相关的试验数据进行了比较.预测结果与相关的试验数据相吻合,验证了利用ANSYS CFX对冲压焊接多级离心泵叶轮内部流场进行数值模拟的可行性和有效性,减少了对试验数据和设计经验的依赖,为冲压焊接多级离心泵叶轮方案的优化和选择提供参考.     

泵空化流数值计算研究现状及展望

空化是一种包含气液相间质量传输的非定常可压缩多相湍流流动现象,它是泵性能和效率下降的主要原因。空化流动的计算主要涉及空化模型和湍流模型两个方面。本文概述了空化模型的一些基本理论,并比较了各个空化模型的优缺点;简要分析了湍流模型对空化流计算的影响;介绍了这些模型在泵空化流计算中的应用;最后展望了泵空化流计算模型的发展方向。