高比转速离心式潜污泵空化特性研究

为研究高比转速离心式无堵塞潜水排污泵空化特性,本文针对一台350 QW 1500-16-90型排污泵运用CFD软件ANSYS CFX对不同叶片进口冲角时的空化特性进行模拟分析,做出性能预测并进行试验对比研究。结果表明:正冲角有利于提高高比转速离心式潜污泵的空化性能,随着叶片进口冲角的增大,对空化性能的影响是先变好再变差;泵的空化数值模拟预测与试验结果对比分析的相对误差在12.63%之内,表明CFD对潜污泵空化特性预测的准确性随着泵装置空化余量NPSH.的降低而降低,汽泡由叶轮叶片背面进口向出口蔓延,到临界空化状态时,在叶轮背面半径分别为0.1 1m和0.16m位置汽泡集中,最后在断裂空化点时在叶轮出口处堵塞流道。     

大流量工况高比转速潜水排污泵空化性能分析及优化

为提升高比转速潜水排污泵在大流量工况下的空化性能,通过增大叶片进口安放角、减小包角的同时前移叶片进口边的方法,在不改变叶轮外形尺寸的基础上对叶轮叶片进行优化。基于CFD数值计算,预测了3个流量工况下的优化方案(方案二)高比转速潜水排污泵的外特性性能和空化性能,并与原有方案(方案一)的性能进行了对比分析。结果表明:随着空化余量的降低,叶轮进口边附近逐渐产生低压区,主要集中在叶片进口边背面。在叶轮外形尺寸不改变的基础上,增大叶片进口安放角、减小包角的同时前移叶片进口边,不仅可以提高高比转速潜水排污泵的外特性性能,还可以提高大流量工况时的空化性能。在流量为1 500 m~3/h时,必需空化余量仅为5.37m,比原有方案的空化性能提升了6.24m。     

新型无堵塞自吸污水泵的设计

针对ZW系列自吸排污泵存在易堵塞叶片和耐磨板不易更换的问题,进行了改进设计。简述了新型无堵塞自吸污水泵的特点和设计思想,分析了该泵的结构特点,提出了该泵的水力设计和结构设计方法,并研究了前置供水通道仓、转子部件以及回流孔对自吸污水泵的影响。最后,设计试制了新型无堵塞自吸污水泵的样机,并对其进行了试验。研究结果表明,新型自吸排污泵具有无堵塞性能好、自吸时间短、耐磨性强、可靠性高、使用维修方便等特点,泵的性能曲线符合设计要求,达到了预期设计目标,为今后相关工作提供了有益的参考。     

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。     

潜水排污泵的失效分析及改进

通过对QW型双流道潜水排污泵叶轮失效原因进行分析,得出潜水排污泵叶轮产生磨损的主要原因是因高速含固体颗粒的水流对过流部件的磨损破坏和汽蚀与磨损的联合破坏的结果,根据分析结果提出相应的解决方案。按此方案对该泵进行综合改造后,经运行半年后解体观察,叶轮部分无明显腐蚀,效果良好,达到预期效果。     

基于CFD-DEM的离心泵叶轮磨损特性研究和优化设计

为研究叶轮几何参数对离心泵叶轮磨损特性的影响,采用CFD-DEM耦合方法计算了离心泵的内固液两相流动及颗粒对叶轮的磨损。采用响应面方法,以效率和平均磨损率为优化目标,完成了叶轮的优化设计。结果表明：叶片出口安放角、进口安放角和包角显著影响了离心泵叶轮的磨损特性。出口安放角为27°时磨损最严重,继续增大出口安放角,叶片吸力面中间位置和压力面出口位置磨损明显改善;随着进口安放角的增大,叶片的磨损严重区域从吸力面中间部位向进口方向延伸;随着包角增大,磨损严重区域向叶片中间部位偏移;优化后的离心泵扬程效率均有提升,叶轮磨损严重区域的最大平均磨损率从9.7×10^-9 kg/s降低到6.5×10^-9 kg/s,叶轮的抗磨损性能明显改善。     

蜗壳对离心式潜水排污泵性能影响的研究

针对WQ100-18-7.5型潜水排污泵,研究了不同蜗壳对泵性能的影响。对初始设计的泵进行外特性试验,发现泵扬程不足,效率较低。又以数值模拟作为研究手段,分析了设计工况下泵内部的流动、速度矢量及静压分布,研究结果表明:叶轮压力面靠近进口处出现明显的脱流及旋涡,蜗壳出口堵塞严重,隔舌附近压力梯度大,导致叶轮出口液流角发生较大改变,泵内部流场不均匀,并发现蜗壳内部损失与叶轮做功大小的比值为61.5%。通过采取增大蜗壳扩散段的过流断面面积,提高蜗壳出口距离中心的高度等优化措施后,再以同样的方法进行数值模拟,结果发现优化后的泵内部流场获得明显改善,叶片压力面上的旋涡程度减弱,蜗壳内部压力分布均匀,出水顺畅。将优化后的蜗壳经加工制作后进行外特性试验,扬程提高12.46 m以上,机组效率增加约40%。     

旋流泵磨损性能的优化研究

基于Panicle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流旋流泵的内部流场进行数值模拟,应用FINNIE预估模型进行了磨损特性计算,重点研究了叶片表面的磨损规律。液相采用RNG湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件。研究结果表明,叶片压力面出口磨损率最大,磨损将会较为严重;叶片吸力面最大剪切应力出现在进口,吸力面进口磨损将会加剧,优化后叶片磨损率有一定的下降。本研究对固液两相流旋流泵的磨损特性有重要参考意义。     

S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究

为研究S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用非定常CFD方法对不同工况时泵装置进行了全流道三维非定常流场数值计算,通过在叶片区设置监测点以获得叶片区关键位置的压力脉动数据,并进行频谱分析。通过与实测泵装置扬程和效率对比,证明该方法能较准确地反映泵装置内部非定常流动特征。研究表明:高效工况和大流量工况时,转轮进口和出口的脉动幅值从轮缘向轮毂侧逐渐减小,小流量工况时未呈现该规律,各工况时转轮进口和出口脉动主频受叶频控制。流量系数KQ在(0.368~0.552)范围内转轮进口处同一监测点的压力脉动幅值随流量增大而降低,转轮与导叶体间的脉动幅值随流量的增加先减小后增大,在高效工况附近脉动相对最小。导叶体出口的压力脉动主频受叶频的影响较小,未与导叶体叶片数成规律。     

南昌市新洲老泵站改建工程潜水泵装置模型试验研究

经多种泵型方案比较,新洲老泵站改建工程确定采用2台大型立式潜水轴流泵装置,配套电机功率800 kW,泵与潜水电机直联。进水流道采用簸箕型流道,出水流道为井筒式。为了预测大型潜水泵装置的水力性能,在中水北方勘测设计公司的水力模型通用试验台上进行了该装置的模型试验,主要包括:能量特性试验、空化(汽蚀)特性试验及空化气泡发生发展情况观察试验、飞逸性能、进水流道压差测流等项目。获得结果:在试验转速1450 r/min下,泵装置效率为64%的高效区覆盖了叶片角度范围-4°~+2。、泵装置扬程范围3~4.5 m的区域,最高效率65.01%;在装置运行工况范围内,临界空化余量均小于6.5 m。     

轴流泵叶轮汽蚀两相流的数值模拟与分析

为了分析某型号轴流泵叶轮汽蚀状态下汽液两相流特征,本文基于均相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIM-PLEC算法,分别从外特性和内部流场两方面分析了轴流泵叶轮的空化过程,通过定量分析不同NPSH下轴流泵的扬程下降和空泡分布的对应关系,讨论了不同空化状态下叶轮内部速度场和压力场的分布,寻找出轴流泵空化发生破坏的位置和发展趋势。数值模拟结果表明,空化初生时空泡产生于叶片背面进口轮缘处,随着轴流泵进口压力的不断降低,叶片背面外缘处空泡逐渐向轮毂侧发展,且外缘侧空泡不断向前推进,在装置汽蚀余量NPSH为6.62m时,空泡基本覆盖叶片的背面,此时叶片丧失了部分做功能力,且扬程下降明显。计算模型泵进行了现场运行试验,试验结果表明,数值模拟的空泡分布与实际破坏位置一致,验证了数值计算的准确性,也为解决轴流泵汽蚀破坏问题提供了内流流场参考。     

基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

基于CFX采用数值模拟方法计算轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距S的变化对泵装置性能的影响。在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上,应用Navier-Stoke方程和标准k-ε湍流模型,通过对轴流泵全流道三维湍流数值模拟,求解了导叶出口处的速度场和压力场。分析了S=9mm,S=12mm,S=15mm 3种情况下,流量、扬程、功率和效率的关系,研究了轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距的变化对泵装置性能的影响。     

Numerical investigation of two-phase flow characteristics in multiphase pump with split vane impellers

Multiphase pump is a cost-effective option for subsea oil and gas field development. The ability to handle different inlet gas volume fractions (GVFs) especially high inlet GVF is critical to the development of pump performance. In this study, the two-phase flow characteristics in normal impeller and split vane impeller at different inlet GVFs were investigated by steady numerical simulations. The gas distribution on blade-to-blade plane and meridional flow channel at different inlet GVFs were analyzed and compared. Gas accumulation area and movement characteristics of the gas-liquid flow in impeller flow passage were also pointed out by unsteady simulations. Experimental results of the pump differential pressure were compared with the numerical simulation results, to validate the accuracy of numerical simulation method. The flow characteristics in pump with modified impeller and its performance at different inlet GVFs were both compared with that of the normal impeller. The steady simulation results of normal impeller in different inlet GVFs show that gas concentrating area in the flow passage increases as inlet GVF grows. The unsteady simulation results indicate that gas pocket firstly occurs on the pressure side of impeller, then moves to the suction side in the middle area of blade and finally transfers to outlet of impeller and disappears. The errors between numerical simulation results and experiment data are below 10 %, which validated the feasibility of the numerical simulation method. Simulation results on the split vane impeller demonstrate that the gas accumulation area in flow passage of the modified impeller is dramatically decreased compared to that of the normal impeller. The performance of the modified impeller is generally better than the normal impeller especially in high inlet GVF conditions.

     

基于CFD动网格优化快速锻造机补液模型研究

随着汽车行业的发展,汽车对金属材料的加工要求越来越高,尤其对车轴的金属质量和加工精度提出了更加严格的要求.目前加工车轴的快速锻造机,采用充液罐进行补液,此方式无法实现高质量和高精度的加工.使用充液罐补液存在两个不足:一是充液罐压力低,滑块在下行接触工件后,液压油流速低,补液时间较长,建压缓慢,导致工作效率低;二是液压缸...     

混流泵启动过程进口流动特性的数值模拟

通过建立包括叶轮、导叶、蜗壳、阀门、稳压罐及管路在内的全三维闭合回路模型对混流泵启动过程进行数值模拟,分析了启动过程进口回流的形态及形成原因,研究了回流的轴向长度、轴向速度和圆周速度的分布以及轴向截面回流量、回流面积的变化。研究结果表明,数值模拟与试验结果基本一致,数值计算方法较为可靠。叶片吸力面的流动分离和叶顶间隙泄漏是造成进口回流的主要因素。启动过程中的回流参数均随时间呈现先增大后减小的趋势,主流与回流轴向速度在启动初期呈现对称分布,0.8 s后的回流轴向速度出现非对称分布且离叶轮进口越远非对称分布越明显;受回流排挤,主流轴向速度分布在不同截面呈现不同变化趋势,圆周速度逐渐呈非对称分布,进口管圆截面处平面速度方向逐渐偏离圆周切向,各轴向截面处回流量、回流面积的变化趋势基本一致,每个截面相继出现一个回流面积极大值。     

Dynamic stress of impeller blade of shaft extension tubular pump device based on bidirectional fluid-structure interaction

Current research on the stability of tubular pumps is mainly concerned with the transient hydrodynamic characteristics. However, the structural response under the influence of fluid-structure interaction hasn’t been taken fully into consideration. The instability of the structure can cause vibration and cracks, which may threaten the safety of the unit. We used bidirectional fluid-structure interaction to comprehensively analyze the dynamic stress characteristics of the impeller blades of the shaft extension tubular pump device. Furthermore, dynamic stress of impeller blade of shaft extension tubular pump device was solved under different lift conditions of 0° blade angle. Based on Reynolds-average N-S equation and SST k-ω turbulence model, numerical simulation was carried out for three-dimensional unsteady incompressible turbulent flow field of the pump device whole flow passage. Meanwhile, the finite element method was used to calculate dynamic characteristics of the blade structure. The blade dynamic stress distribution was obtained on the basis of fourth strength theory. The research results indicate that the maximum blade dynamic stress appears at the joint between root of inlet side of the blade suction surface and the axis. Considering the influence of gravity, the fluctuation of the blade dynamic stress increases initially and decreases afterwards within a rotation period. In the meantime, the dynamic stress in the middle part of inlet edge presents larger relative fluctuation amplitude. Finally, a prediction method for dynamic stress distribution of tubular pump considering fluid-structure interaction and gravity effect was proposed. This method can be used in the design stage of tubular pump to predict dynamic stress distribution of the structure under different operating conditions, improve the reliability of pump impeller and analyze the impeller fatigue life.     

多角度弯曲管磨粒流加工数值模拟研究

采用磨粒流加工工艺对多角度弯曲管内表面抛光过程进行数值模拟研究.利用FLUENT软件研究了不同弯曲角度下入口流速、磨料浓度对磨粒流抛光工艺过程的影响,得到了入口流速、磨料浓度对弯管局部压差、进出口压差、湍流强度等参数的影响规律.对压力和速度的整体作用效果进行了分析,得出了磨粒流抛光细长管类零件内表面的适宜工况.在此基础...     

循环加热污水源热泵热水器运行性能的试验研究

针对目前能源紧缺及热泵热水器的发展现状,搭建了循环加热污水源热泵热水器实验台,维持蒸发侧污水源进水温度、冷凝侧和蒸发侧水流量恒定,测量记录保温水箱水温从15℃升高到55℃过程中的加热区间能耗、进出水温差、压缩机吸排气压力、电功率等参数。数据分析得出,系统平均能效比达到3.73,具有较好的节能性。     

双向轴流泵装置性能预测与内部流动分析

对一采用S形叶片的双向轴流泵装置进行数值研究,在不同流量工况条件下分析泵的正、反向运转性能,对该泵的瞬时启动过程进行了监测并对泵内的非定常空化现象进行了分析。研究表明,正、反向运转时,泵的性能存在明显的差异,反向的扬程和效率均高于正向;在泵正向启动过程中,叶轮背面进口边产生空化区,反向运转时未发生明显的空化现象;两种运转模式下,叶轮进出口断面上压力脉动特征频率分布相似,但叶轮进口的压力脉动幅值较高。     

外啮合齿轮泵内部两相流动的数值模拟

应用动网格和气穴模型,对某外啮合齿轮泵进行三维数值模拟研究,分析齿轮泵的总体性能和内部流场特性,得出齿轮泵流量随进口压力减小的变化规律,模拟其内部气穴的产生、运输以及破灭过程。计算结果表明,在齿轮泵的工作过程中啮合处会产生气穴。若泵进口腔的压力较高,气穴就会随着工作液的填充而迅速消失,齿谷输送的工作液中不会包含气穴,齿轮泵的流量只会随进口压力的降低略微下降;若泵进口腔的压力过低,气穴不但难以消失,而且还会被齿谷输送走,导致齿轮泵质量流量迅速下降。齿轮泵进口压力越低,则输送的工作液中气体所占的比体积越高,质量流量下降越明显。