基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化

载荷分布是三元反问题设计中的关键参数,为分析叶片载荷分布规律对离心泵叶轮水力性能和气蚀性能的影响,采用软件CFX对叶轮a、b和c 3种不同叶片载荷方式的离心泵叶轮内流场进行数值模拟。由分析结果可知:不同叶片载荷对离心泵叶轮外特性存在较大影响,外特性性能最好的是叶轮b,但其吸力面进口处静压值最小,外特性性能其次的为叶轮a,其吸力面进口处静压值最大,所以在兼顾离心泵叶轮效率与气蚀性能的条件下,优化出最佳载荷分布方式为叶轮a,即外特性和气蚀性最好,在其最佳载荷的基础上对其载荷分布再次进行优化可知:叶轮a-3的载荷分布水力性能和气蚀性能较好。分析结果为离心泵叶轮三元反设计提供一定参考。     

叶片出口段形状对混流式核主泵叶轮能量性能影响

基于三维不可压缩流体N-S方程和Standard湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片出口段形状(传统叶片出口段、叶片工作面修圆、叶片工作面和背面同时修圆、叶片背面修圆)对混流泵模型叶轮水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:对叶片出口段进行修圆,叶轮最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当仅对叶片工作面进行修圆,叶轮水力性能最好,从而为核主泵的水力优化设计提供参考依据。     

分流叶片弦长与周向分布对无蜗壳离心通风机内部流动影响

在无蜗壳离心通风机叶轮流道内,加装分流叶片并修改了分流叶片弦长及分流叶片在流道内的周向位置。采用定常的三维N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对不带分流叶片的离心通风机与加装了不同弦长及周向位置分流叶片的离心通风机性能进行了数值模拟,结果发现:当分流叶片的周向位置处于流道正中部位置且分流叶片弦长为主叶片弦长的50%时,在各工况下均能削弱叶片吸力面上的分离涡并抑制流道内的二次流,使得风机静压提升10 Pa,静压效率提升7%。数值模拟结果表明,将分流叶片结构置于流道中央有效提升了无蜗壳离心通风机的静压及静压效率,改善了内部流动情况。     

小型轴流风扇内部流动特性研究

为研究小型轴流风扇的三维流场特点,选取5叶片和7叶片的两种风扇,利用Fluent软件中的RNGk-ε湍流模型对其进行定常流动数值模拟,对比分析两种叶片风扇的静特性和内部流动特性。结果显示:流量在0.006～0.010 5 m3/s,压力的变化不明显,在这个范围之外,压力随着流量增加而减小;风扇的进口全压先降低后增加,在1/2弦长处全压出现突变性增加;在叶顶间隙内,叶顶静压值随着半径的增加而增加;叶片吸力面静压值、涡强、速度值均较小,气流进入叶片后,沿流道速度逐渐增加,吸力面叶顶产生叶尖涡,叶尖涡撞击邻近叶片的压力面对气动噪声影响很大。     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

余热排出泵小破口失水事故空化特性数值分析

为研究小破口失水事故工况下余热排出泵内部空化流动特性,基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型和剪切应力运输SST湍流模型,对余热排出泵高温高压环境下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。根据计算结果获得了余热排出泵小破口严重事故工况下扬程和效率的衰减曲线及空化发生的初始压力,捕捉到泵内空化的发生、发展过程。研究结果表明:当环境压力降低至大约1.15 MPa时,叶片吸力面进水边靠近前盖板处开始出现空泡,随着环境压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大;当压力降低至1.143 MPa时,叶轮内部最大空泡体积分数达到50.17%,严重空化时,叶片工作面会有空泡聚集并造成叶轮流道严重堵塞致使泵扬程急剧下降。通过分析空化发生的状况得出空化发生的初始压力,为余热排出泵的设计提供一定的参考。     

节段式多级离心泵全三维湍流场的数值模拟

选取工业中常用的DF型多级离心泵作为研究对象,数值计算使用了FLUENT软件及其RNG k-ε湍流模型和多重参考坐标系,实现了节段式多级离心泵任意一整级（包括叶轮导叶在内）的全三维流场的数值模拟.模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动.液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低.计算结果得到了泵外特性实测值的验证.     

颗粒粒径对除尘洗气机的磨损分析

利用FLUENT数值模拟软件,先用DPM离散相模型对不同粒径的粉尘颗粒在除尘洗气机的叶轮叶片中的运动轨迹进行了模拟,选取并分析了3种有典型粒径的粉尘颗粒对除尘洗气机造成的冲蚀磨损情况,发现磨损最严重区域出现在叶片吸力面尾缘、导流片及筒体与排风口面的夹角处,得出粉尘颗粒粒径大小对洗气机磨损的影响规律.     

离心泵叶轮内流体流动的有限元分析

应用有限元法,在二维、定常、不可压缩理想流体的假设下,对离心泵叶轮内流体的流动进行了分析,给出了叶片表面相对速度分布曲线及其压力分布曲线,反映了流体在叶片二侧相对运动及压力分布的不均匀性．     

基于大涡模拟的导叶式混流泵叶轮内压力脉动特性分析

为研究导叶式混流泵叶轮内部非定常压力脉动特性,在其叶轮进口截面及出口截面附近分别设置8个压力脉动监测点,采用大涡模拟方法(LES)对导叶式混流泵内全三维流道(进水管、叶轮、导叶及出水管)进行模拟,并对8个监测点进行压力脉动时域图和频域图的分析。结果表明:由于旋转叶轮旋转失速、脱流效应及静止导叶的干涉作用,叶轮出口处压力脉动系数幅值均大于进口处脉动系数幅值,且其最大压力脉动发生在叶轮出口处,脉动波衰减较慢;叶轮进、出口截面上监测点的压力脉动频率以叶轮叶频为主频次,且压力脉动主要频率为叶频的倍数。     

动叶轮叶片数对多相混输泵水力性能的影响

为了探究动叶轮叶片数对多相混输泵外特性、做功性能和水力特性的影响规律,基于欧拉非均质流模型,利用CFX软件对不同动叶轮叶片数下的多相混输泵在多种流量工况、入口含气率10%的条件下进行数值计算。研究发现:流量在90 m3/h及以下时,动叶轮叶片数对扬程和效率的变化趋势影响相对较小,而随着流量的增加,四叶片动叶轮会使混输泵扬程和效率的下降程度增大;当动叶轮叶片数为3时,多相混输泵的外特性、叶片表面静压分布、载荷分布和水力特性等均优于动叶轮叶片数为4时的性能。本文的研究结果可为多相混输泵动叶轮叶片数的选择提供参考。     

带前置导叶离心压缩机非定常流动的数值模拟

利用CFX对无导叶和前置导叶大预旋角度下离心压缩机内部流动进行了数值模拟,分析了叶轮表面的压力分布规律.前置导叶正预旋40°的非定常流动计算结果显示,导叶及叶轮表面均发生了流动分离,导致流场内产生了较大的压力波动,波动主频率为2 422 Hz,叶轮流道内旋涡的周期性发展是导致叶片表面压力波动的主要原因.     

新型柱浮选泡沫输送装置及固液两相流动特性

针对高含气率、高黏性柱浮选泡沫输送的需要,设计了一种新型柱浮选泡沫输送装置,并进行了固液两相流动特性模拟.结果表明,漩涡多靠近叶片工作面,其方向与叶轮旋转方向相反;叶轮内各流道压力分布较为均匀,叶轮中心区域为低压力区;颗粒直径越大,叶片工作面和轮缘处分布的颗粒越多,磨损程度越重;颗粒浓度越大,流体的全速度越高,叶轮出口附近处颗粒速度梯度越大,叶轮受局部磨损程度越重.基于数值模拟的优化设计结果表明,采用后倾叶片、扩大出料管径和增加出料管数量,有利于改善输送效果.     

Numerical investigation of radial inflow in the impeller rear cavity with and without baffle

In typical small engines, the cooling air for high pressure turbine(HPT) in a gas turbine engine is commonly bled off from the main flow at the tip of the centrifugal impeller. The pressurized air flow is drawn radially inwards through the impeller rear cavity. The centripetal air flow creates a strong vortex because of high inlet tangential velocity, which results in significant pressure losses. This not only restricts the mass flow rate, but also reduces the cooling air pressure for down-stream hot components. The present study is devoted to the numerical modeling of flow in an impeller rear cavity. The simulations are carried out with axisymmetric and 3-D sector models for various inlet swirl ratio β_0(0–0.6), turbulent flow parameter lT(0.028–0.280) with and without baffle. The baffle is a thin plate attached to the stationary wall of the cavity, and is proved to be useful in reducing the pressure loss of centripetal flow in the impeller rear cavity in the current paper. Further flow details in impeller rear cavity with and without baffle are displayed using CFD techniques. The CFD results show that for any specified geometry, the outlet pressure coefficient of impeller rear cavity with or without baffle depends only on the inlet swirl ratio and turbulent flow parameter. Meanwhile, the outlet pressure coefficient of the cavity with baffle is indeed smaller than that of cavity without baffle, especially for the cases with high inlet swirl ratio. The suppression of the effect of centrifugal pumping and the mixing beween the main air which is downstream of the baffle and the recirculating flow of the vortex in the stationary cavity, which are caused by the use of baffle, are the underlying reasons that lead to the reduction of outlet pressure loss.     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

Anti-cavitation performance of a splitter-bladed inducer under different flow rates and different inlet pressures

The anti-cavitation performance of a high-speed centrifugal pump with a splitter-bladed inducer is investigated under different flow rates and different inlet pressures. Simulations and external characteristics experiments are carried out. Static pressure and the vapor volume fraction distributions on the inducer and the impeller of the pump under various operation conditions are obtained. The results show that the cavitation developments on the impeller and on the inducer with the flow rates are reverse, while the development of the inlet pressure on the inducer and the impeller is the same. Cavitation on the impeller increases with the increase of flow rates, and it extends to the near passages with rotating, while cavitation on the inducer is more complex than that on the impeller. Cavitation at the inlet of the inducer decreases with the increase of flow rates, while cavitation at the outlet of the inducer is opposite. The results also show that cavitation development on the impeller and on the inducer with the inlet pressure is the same. Cavitation both decreases with the increase of the inlet pressure at the same flow rate. Furthermore, asymmetric cavitation on the impeller and on the inducer is both observed. And the asymmetric degree of cavitation on the impeller is higher than that on the inducer.     

液力变矩器内部三维流动计算方法

系统地论述了三元件向心式液力变矩器内部三维流动计算方法。首先对各叶轮内部流场进行计算,画出其进出口压差与流量关系曲线,找到各叶轮的共同工作点,然后再考虑叶轮之间的影响,通过反复试算,逐步逼近实际工况点,较精确地计算出流场的压力和速度分布,并对性能参数进行预测。此方法以及揭示的压力和速度分布对该类型液力变矩器的设计与改进具有实际的指导意义。     

基于Pro/E的离心泵叶轮与蜗壳实体造型研究

叶轮与蜗壳是离心泵重要的组成部分,它们的制作精确程度和耦合性直接影响离心泵水利性能。为 能更好地改善叶轮与蜗壳耦合处产生的流动损失,以Pro/E为设计平台,提出叶轮木模图及蜗壳二维投影图的分析 及测绘方法,结合Pro/E中“偏移坐标系基准点”等命令,实现叶轮扭曲叶片及蜗壳的实体精准造型,并通过Fluent 进行数值模拟。压力和速度分布图显示叶轮与蜗壳耦合处压力和速度呈均匀规律性变化,扬程计算显示符合设计 要求。分析结果证明,此种绘图方式不仅精确、快速、灵活,还能够改善叶轮与蜗壳耦合处的流动损失,为后续流场 数值分析奠定基础。