固液两相流离心泵磨损机理和叶轮的设计

本文研究了固液两相流离心泵磨损机理，指出离心泵内叶轮出口附近的射流 尾流结构是离心泵内的局部磨损的重要原因。理论分析、试验结果及工业应用表明：采用小叶片出口角β2、少叶片数Z和大出口宽度b2的叶轮能减轻泵的磨损。     

水涡轮机械中泥沙磨损与固液两相流理论研究

本文概述目前国内外水涡轮机械固液两相流及泥沙磨损问题的理论研究现状，讨论水涡轮机械中适用的固液两相流动基本研究方法，结合泥沙磨损的诸多影响因素，就进一步开展泥沙磨损问题的研究提出了自己的设想。     

黄河中上游离心泵泥沙磨损及减轻措施的探讨

在收集较多泵站运行资料的基础上，分析了水泵磨损的原因。一般情况下是泥沙磨损与气依联合作用．对黄河中上游的离心泵来说，泥沙磨损是主要原因之一。减轻措施，首先是从工程布置和运行操作管理上减少泥沙入泵和减轻气蚀．其次要合理选择机组、安装高度和机型，同时要研制耐磨损的新型泵。     

离心泵叶轮输送固相颗粒的数值模拟研究

为了研究不同固相体积浓度条件下固液两相流离心泵内流场的流动规律.应用Fluent软件对离心泵叶片流道进行流场模拟,在多重参考系坐标下,采用有限体积法对雷诺时均N-S方程进行离散,选用标准的κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法进行求解,分别得出在不同固相体积浓度时叶片流道内固相浓度、速度和压力分布规律,对其进行分析和比较.模拟结果表明:在叶片的非工作面和入口处浓度差较大,造成流动效果降低;叶轮内部速度随着固相浓度的变化基本保持不变;叶片进出口总压差随着固相体积浓度的增加而增大.所得结论对于指导实际应用和为两相流离心泵的优化设计提供参考.     

渣浆泵磨损研究现状与展望

介绍了渣浆泵磨损问题的严重性及国内外渣浆泵磨损研究现状，并展望了该领域今后的研究方向。     

离心泵内部两相流模拟及其叶轮的流固耦合分析

应用N-S方法和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLE法,对离心泵内部三维固液两相流进行了模拟计算。得到不同固相(颗粒)浓度下的离心泵内部压力分布和内部颗粒浓度分布情况,并且基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANASYS Workbench,通过单向流固耦合技术实现离心泵叶轮结构的仿真计算,获得了离心泵叶轮在同一工况、不同固相浓度下的等效应力及变形情况。计算结果表明,蜗壳中压力和固相体积浓度分布规律都是从进口处随蜗壳半径增大而增大,并且在隔舌处出现浓度分布不均匀的现象。各种计算条件下,叶轮的等效应力和总变形情况变化趋势基本上相同,叶轮的应力分布都不均并且存在局部应力集中,固相体积浓度越大离心泵叶片的变形也越严重。     

颗粒特性对离心泵叶轮叶片的磨损分析

为了预测离心泵叶轮叶片的磨损位置和计算磨损量的大小,利用有限元软件Ansys-FLUENT和离散元软件EDEM基于计算流体动力学(CFD)和离散单元法(DEM)耦合的方法,探究了颗粒体积分数(2%、3%和4%)、粒径(1 mm、2 mm和3 mm)、形状(球形、类球形和三角形)对离心泵叶轮叶片的磨损影响。结果表明离心泵内部压强最大处为隔舌部位,出口管道的滞留区域与大涡量区域分布一致,管道涡具有滞留作用;随着颗粒体积分数的增加,颗粒最大速度增加,最小速度减小,叶轮叶片磨损量增大,磨损分布不变;当粒径增大时,颗粒最大速度与最小速度同时增大,磨损增加,磨损最严重的位置由尾部变为头部,颗粒尖锐程度的增加也使得磨损加剧。     

基于全耦合CFD-DEM方法的多级混流泵磨损模拟研究

磨损是导致多级混流泵失效的主要原因,采用CFD (Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法是设计优化该类泵抗磨损性能的重要手段。该文基于CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)方法,通过自定义相间作用建立了流体与颗粒的全耦合模型,通过与已有实验结果对比,验证了该计算模型的准确性,研究了颗粒浓度、形状和小流量工况对泵叶片磨损的影响。结果表明,混流泵叶轮叶片磨损主要发生在头部和尾部靠后盖板一侧,颗粒浓度和形状对泵叶片磨损位置影响较小,磨损量随浓度增大和球形度减小而急剧增加,另外,流道内颗粒滞留数量与球形度大小有关。     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

基于流固耦合及Kriging模型的离心泵叶轮优化

为提高离心泵叶轮的水力效率及结构性能,提出了流固耦合仿真技术与代理模型相结合的优化设计方法。通过均匀试验设计与CFD/CSD单向耦合仿真获得了样本数据,进而运用Kriging方法,分别建立离心泵叶轮效率、离心泵叶轮最大变形、离心泵叶轮最大应力与影响因素之间的代理模型。在此基础上,采用SQP算法求解以水力效率最大为目标函数,且考虑了离心泵叶轮的强度和刚度约束的优化模型。将该方法用于某离心泵叶轮的优化设计,结果表明取得了很好的效果。     

离心叶轮的叶片数效应研究

叶轮叶片数是离心叶轮的一个重要结构参数,对叶轮外特性与内流场特征都有着直接的影响。利用计算流体动力学软件,生成了叶片数分别为5和6的2个叶轮,然后在相同工况下,计算了这2个叶轮的内外力学性能;通过对2个叶轮的流量-扬程、流量-效率曲线及叶轮内压力、相对速度进行比较,分析了不同叶片数对叶轮性能产生的影响及其成因。比较分析结果有助于设计人员深入了解不同叶片数叶轮的不同流动机理,并可为他们在设计实践中正确选用叶片数提供参考。     

离心泵叶轮内部清水流动实验研究

利用二维激光测速计测量了小出口角离心泵输送清水时最优和小流量工况叶轮内部流动.实验表明，在叶片吸力面没有很宽的尾流，压力面也不存在射流，叶轮内部流动与射流/尾流模型不符合.     

离心泵叶轮内部流动数值解的评价

在贴体坐标系下，采用有限差分法计算了一个用激光测速计(LDV)测量过的实验叶轮内部无粘性流动。计算表明，在最优工况数值解与LDV测量值最大相对误差为17%，最小相对误差为2.7%，平均相对误差为11%.这一结果说明在最优工况，叶轮内部无粘性流动的数值解与实验得到的粘性解比较接近。因此采用叶轮内部无粘性流动模型和贴体坐标下系的有限差分法来进行离心泵叶片准三维反问题设计有较好精度。     

高扬程大流量离心泵导叶优化及流动特性研究

为使离心泵满足高扬程大流量抽水的需求,设计了一种高效率的高扬程大流量的导叶式离心泵,并对其内部流场进行分析。为了提高效率,采用CFD数值模拟方法对设计得到的离心泵进行单因素试验,通过试验优选出了导叶形式、导叶入流角角度以及导叶数量。实践证明:优化后离心泵的效率提升了5.01%且具有较宽的高效区;同时,流场分析结果发现:小流量工况与大流量工况时离心泵内部流场流态呈现为不同的趋势,在小流量工况下,漩涡往往小而密集;而在大流量工况时则表现为大而疏散。研究结果可为今后导叶式离心泵的研究和设计提供一定的参考。     

远距离泥沙输送泥泵的研制

255SP泥泵是为黄河疏浚工程中实现远距离输沙的任务而研制。该泵配套功率255kW,通过直径400mm的管道输送浓度大于500kg／m^3的泥浆,水平输距达5000m以上。文中介绍了255SP泥泵在水力设计、设计优化、产品设计、抗磨设计,以及模型和工程试验等方面的研制情况。     

基于CFD的多级离心泵吸水室优化研究

为分析吸入段90°转角产生的水流偏向对多级离心泵性能的影响,将多级离心泵首级单独取出并配以导叶和进出水段,完成了三维实体建模及网格剖分,基于大型SST剪切应力模型和N-S方程进行了数值模拟计算。仿真结果表明,叶轮进口水流偏向一侧,叶轮各通道的压力分布存在不均匀的情况。在计算结果基础上,对吸水室进行了型线调整,压缩了回流区域,使进水变得较为均匀。优化后,在1.1Q_d,1.0 Q_d和0.6 Q_d工况下,效率分别提高了1.4%,1.1%和2.6%。所研究的优化方法可为多级离心泵的优化提供一种新的思路。     

叶片数对高比转速离心泵固液两相非定常流的影响

为了探索叶片数在固液两相流条件下对高比转速离心泵非定常特性的影响情况,利用ANSYS CFX软件,采用Mixture多相流模型,对4种不同叶片数离心泵的固液两相湍流进行了非定常数值模拟,分析了叶片数对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力、压力脉动及径向力的影响。研究结果表明：① 随着叶片数量的增多,固液两相流离心泵的瞬时扬程增大,波动频率变快,蜗壳内及隔舌处的压力值越来越大,波动频率变快,脉动幅值反而越来越小,叶轮上的径向力会减小,隔舌处的径向力会增大;② 不同叶片数的固液两相流离心泵蜗壳内及隔舌处的压力脉动主频均出现在其叶频处;③ 叶片数为5时,是蜗壳的内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是叶轮上及隔舌处径向力大小增减速度快慢的分界点。     

基于CFD的离心泵叶轮水力性能优化

离心泵已广泛应用于工农业生产生活中,因此其效率的提升对于满足实际需要和节约能源有着非常重要的意义。为了解决某型号离心泵叶轮出口部位的少量紊流,为该离心泵叶轮添加了5个短叶片,以求减少紊流、改善叶轮出流状况、保护固定导叶,并达到进一步提升效率的目的。将添加短叶片前后的离心泵基于SST模型进行流场模拟,并绘制出Q-η曲线进行比较,然后将设计工况下添加短叶片前后的压力云图、速度流线图与实际试验数据进行比较分析。结果发现,在添加短叶片后,叶轮出口部位的紊流明显减小,液流更加均匀,效率也得到了一定程度的提升。试验结果可为该型号离心泵的优化和效率的进一步提升提供一种新的思路和理论参考。     

用于确定双吸离心泵Suter曲线的三维内特性法研究

水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维内特性法。该方法采用计算流体力学(CFD)技术,对双吸离心泵的水力模型进行三维造型、工况离散、流场计算及结果转化,以快速、准确地获取双吸离心泵Suter曲线,在正水泵工况、正水轮机工况、反水轮机工况、反水泵工况等工况下,计算出相应流量、转速、扬程和转矩关系。定量分析表明,相比于间接插值估算法,采用三维内特性法获得的Suter曲线中,Wh(x)的计算精度平均提高了39.2%,Wb(x)的计算精度平均提高了26.3%;在将采用该方法获得的双吸离心泵Suter曲线用于事故停泵工况水锤分析时,计算得到的系统最大压力降低了15.0%,管线发生汽化压力的范围缩减了81.4%,双吸离心泵的最大倒流量增大了11.9%,最大倒转速降低了6.1%,与实际测试结果更为接近。该方法为提高双吸离心泵站水锤分析精度提供了一种新技术途径。