离心泵叶轮穿孔对空化性能的影响

为分析离心泵叶轮开孔对空化性能的影响,选取一普通离心泵作为研究对象,在进口易空化区不同位置做不同直径的贯通孔,利用CFD仿真软件,对模型进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,研究在不同进口汽蚀余量条件、不同开孔位置和不同开孔直径对离心泵性能影响。结果表明:开孔会造成叶轮内能量损失,损失大小与开孔直径和孔内平均流速正相关;开孔对离心泵空化性能影响主要取决于流体在吸力面与压力面之间的能量差和开孔造成的能量损失之间的差值,差值为正则抑制空化,差值为负则加剧空化;扬程和效率随开孔直径先升高后下降,当穿孔直径为3 mm时,达到最大值;开孔会影响叶片吸力面压力及流场分布;综合看,在C=0. 5流面开孔优于在C=0. 9流面开孔。     

叶轮出口宽度对离心泵内部非定常性能的影响

为了研究多工况下不同叶轮出口宽度对离心泵非定常性能的影响,基于RNG k-ε湍流模型对叶轮出口宽度分别为11、12、13、14和15 mm的离心泵模型分别在0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下进行定常和非定常的数值模拟,得到离心泵的外特性曲线、内部流场以及压力脉动特性,并进行对比分析。结果表明:离心泵的扬程随叶轮出口宽度的增加而增加,存在一个最佳的叶轮出口宽度使其效率最佳且最佳效率点向大流量点偏移;随着叶轮出口宽度的增加,叶轮截面的最大压力值呈先增加后减小再增加的趋势,小流量工况下的湍动能较大区域随叶轮出口宽度的增加由叶轮流道出口向叶轮流道中间发展;各监测点的压力脉动均呈周期性变化,压力系数随流量的增大而增大,在设计和大流量工况下,当叶轮出口宽度为13 mm时压力脉动幅值明显小于其他型式的叶轮,因此适当增大叶轮的出口宽度有利于减小离心泵的压力脉动、提高其性能。     

叶轮结构对多级离心泵性能及噪声的影响

叶轮是多级离心泵中最为关键的过流部件之一,其结构对多级离心泵的外特性能和噪声特性具有重要影响。选取一典型多级离心泵为例,借助试验测量方法研究了3种叶轮结构变化下多级离心泵的性能表现和噪声特性,在M型多级离心泵专用试验台上进行多级离心泵的性能试验,并使用AS824型声级计来测量多级离心泵在不同工况下的综合噪声。结果表明,叶轮出口叶片1/2径切有助于提升多级离心泵的水力性能,但会增强其综合噪声强度;减小叶轮直径可小幅降低噪声强度,但其对噪声的抑制作用并不明显;减小叶片直径可较大幅度降低多级离心泵的综合噪声强度,但会使多级离心泵的性能明显降低,在满足性能要求的情况下可通过减小叶片直径来实现多级离心泵的降噪抑噪。     

叶轮与导叶轴向间隙对自平衡多级离心泵的影响

为了研究叶轮与导叶轴向间隙的变化对自平衡多级离心泵的影响,提高泵的性能和可靠性,基于CFX软件,采用标准κ-ε湍流模型和高精度算法,通过改变叶轮和导叶轴向间隙,对一典型的自平衡两级离心泵进行全流场数值模拟,研究了叶轮和导叶轴向间隙对泵外特性及轴向力的影响。结果表明,设计工况下,随着叶轮和导叶轴向间隙的增大,扬程和效率逐渐减小;随着叶轮相对导叶左移轴向间隙的增大,总的轴向力逐渐增大,方向指向首级叶轮进口,随着叶轮相对导叶右移轴向间隙的增大,总的轴向力在某一间隙时为0,然后反向增大,方向指向次级叶轮进口。     

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...     

叶轮与隔流板间隙对射流式自吸离心泵性能的影响

为分析射流式自吸离心泵叶轮与隔流板间隙对其性能的影响,采用数值模拟的方法得到了5种该间隙下泵外特性曲线、自吸过程泵内部气液两相分布及流动情况,分析表明:随间隙增大,泵的扬程和效率上下波动较小;叶轮内含气率、导流器出口及泵体出口的气相质量流率随间隙增大而下降。兼顾考虑外特性、自吸性能、加工及装配工艺,确定叶轮与隔流板的间隙为1.0 mm最为理想。样机试验表明:设计点扬程34.21 m,效率55.29%;自吸高度为5 m时,自吸时间45 s,满足设计要求。     

离心泵叶轮内流场数值模拟及分析

基于计算流体力学,对离心泵叶轮内部流场进行了数值模拟。采用有限体积中心格式、时间推进解法以及N-S方程计算。得到了叶轮压力分布等值线、叶轮相对速度矢量以及二次流分布,并进行详尽的分析,揭示了叶轮内部流动情况,为优化叶轮设计提供了理论依据和技术保障。     

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。     

高温高速离心泵的研制

阐述了高温高速离心泵的结构设计和水力设计方法：理论上采用以效率为目标函数的优化水力设计方法;结构上采用复合叶轮和双密封结构,经水力试验和现场运行表明,该泵具有较理想的性能指标和密封可靠性。     

叶轮相位交错对多级离心泵非定常外特性的影响

以6级离心泵为模型,设计了同轴布置的6级叶轮相位不交错(方案A)、交错一个流道相位的1/2(方案B)、交错一个流道的1/(Z-1)(Z为叶轮叶片数,方案C)、交错一个导叶流道的1/(Z_1-1)(Z_1为导叶数,方案D)的4种方案,在UG软件中完成三维模型建立,采用标准k-ε湍流模型,利用ANSYS-CFX软件进行了三维全流场的非定常计算。研究表明:不同方案的外特性虽然相差不大,但叶轮相位交错改变了叶轮之间的相对位置关系,使外特性的相位同步发生时序性变化;在0.6Qd、1.0Qd工况下方案B的内部激励叠加效果优于方案A;在1.4Qd工况下内部激励强度在减弱,叶轮相位交错影响了该工况下扬程波动的主频;在设计工况下效率的波动幅值最大,在偏设计工况条件下方案B、方案C的效率相对比较稳定;同时,3个计算工况条件下方案B、方案C的轴功率波动幅值比较稳定,而在大流量工况下方案B的非定常轴功率最稳定。     

多级离心泵叶轮相位交错对转子受力变化的影响

以多级离心泵为模型,设计A、B、C、D 4组不同的交错方案,A为叶轮相位不交错、B为叶轮相位交错一个流道相位的1/2、C为叶轮相位交错一个流道的1/(Z-1)、D为叶轮相位交错一个导叶流道的1/(Z-1)(其中Z为叶轮叶片数)。通过4组方案对多级离心泵的三维全流场进行数值分析,得到不同叶轮交错方案在不同工况条件下流场对机械部件的荷载变化。分析结果表明:叶轮相位交错使转子的径向力矢量分布向轴心集中;叶轮相位交错结构可以有效地减小转子受到的径向力,使转子运行稳定性得到提高;叶轮相位交错会使得不同工况下的转子受力波动幅值和成分发生改变;在设计工况下数值计算轴向力绝对值要高于理论计算的结果。     

基于POD分析离心泵叶轮入口流动结构发展规律

为了研究离心泵叶轮内部周期性非定常流动结构,基于POD方法,从能量、时间和空间3个方面对叶轮内部压力场进行分析,研究其非定常流动结构随着流量变化的发展规律。结果表明：叶轮压力场前5阶POD模态的能量占总能量的90%左右;随着流量的降低,离散频率分别为St_0.23和St_0.19的两种非定常流动结构开始在叶轮入口出现,且与回流区吻合;在流量处于0.8Q_Des时,特征频率为St_0.23在2～5阶POD能量占比较大,且强度沿着前盖板至轮毂方向逐渐降低;在流量处于0.7Q_Des时,特征频率为St_0.23的非受迫周期性流动结构的能量占比降低。由于动静干涉的影响,轴频St_R与特征频率St_0.23的线性频率St_0.19能量强度增加,在流场中占据主导地位,且特征频率为St_0.19的流动结构在靠近中截面偏前盖板的能量强度最大,并向两边逐渐降低。     

气液两相条件下离心泵叶轮受力分析

为了研究气液两相混输条件下离心泵叶轮做功原理及能量转换机理,基于欧拉双流体模型,以水和空气为工作介质,在不同初始含气率工况下,利用数值模拟软件CFX对离心泵内流场进行数值计算。结果表明:叶轮流道内气相主要分布在叶片背面及出口边附近;随着初始含气率的增加,气相将在叶片背面形成较为稳定的气泡团,出现严重的相态分离,造成叶轮内出现严重的漩涡、二次流和气塞现象,使离心泵水力损失增加,扬程急剧下降;叶片受到的动反力也逐渐降低,引起叶轮轴向力的加大;同时,含气率的升高加剧了叶轮周向上的不均匀流动,破坏了叶轮径向力的周期性变化。     

基于CFD的离心泵叶轮内部流动分析与试验对比

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶片吸力面的抗空蚀性能逐渐增强;叶片间轴向漩涡的位置与流量无关;出口边径向速度随流量增加而增大;出口边切向速度随流量增加而减小。与试验结果的比较表明,在Qopt工况下,数值模拟能有效预测泵内部的复杂三维流动与水力性能。     

离心泵叶轮内流动的油膜法测试

为了理解离心泵内部复杂的流动机理,揭示其内部的流动规律,以一叶轮形式为半开式的小型离心泵为例,采用表面油膜显示法,对其叶片及叶轮后盖板表面的流动情况进行了可视化试验研究。通过调整试剂成分比例,共设计6个试验方案,对比了不同油膜试剂的显示效果,并根据叶轮表面的流线分布对叶轮表面附近的流动情况进行了分析。试验结果证明了油膜显示法捕捉离心泵表面流动特征的可行性,为进一步理解离心泵内部复杂的流动机理提供依据。     

带前置诱导轮的复合叶轮型离心泵数值分析

以对带前置诱导轮的复合叶轮型两级离心泵的流动为研究对象,分析了设计工况下离心泵内部的定常流动。利用计算后的离心泵性能参数绘制其性能曲线,并与实验得到的性能曲线作对比,证明数值分析在一定程度上的可靠性。基于数值计算准确性的前提下,分别计算短叶片不同偏置位置的流场,对比计算后绘制的性能曲线,说明短叶片向吸力面偏置可以改善离心泵内部的外特性。     

叶轮结构参数对压气机性能影响数值分析

针对车用涡轮增压器的唯一对气体做功的部件——叶轮,应用ANSYS CFX软件数值模拟的方法,对离心压气机内部流场进行研究,分析叶轮各结构参数对压气机性能的影响,并将模拟计算结果与性能实验数据进行对比分析,为选取显著性结构参数、进行叶轮优化设计提供理论支撑。     

多级离心泵叶轮相位交错对转子受力变化影响的研究

本文以一六级多级离心泵为模型,设计A、B、C、D四组不同的交错方案,A为叶轮相位不交错、 B为叶轮相位交错一个流道相位的1/2、C为叶轮相位交错一个流道的1/(Z-1)、D为叶轮相位交错一个导叶流道的1/(Z-1)(其中Z叶轮为叶片数)。通过四组方案对多级离心泵的三维全流场进行数值分析,得到不同叶轮交错方案在不同工况条件下流场对机械部件的荷载变化。分析结果表明：叶轮相位交错使转子的径向力矢量分布向轴心集中;叶轮相位交错结构可以有效地减小转子受到的径向力,使转子运行稳定性得到提高;叶轮相位交错会造成不同工况下的转子受力波动幅值和成分发生改变;在设计工况下数值计算轴向力绝对值要高于理论计算的结果