基于 Fluent的 AY型离心油泵叶轮内流场数值模拟

借助Pro/E造型平台建立叶轮单流道的简化模型和叶轮整体的三维模型,利用Fluent流体分析软件对AY型离心油泵叶轮内流场进行模拟,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLY算法,利用Fluent前处理器GAMBIT网格建模,模拟出叶轮内流场的流动规律,初步分析了离心泵叶轮的速度和压力分布,获得离心泵叶轮流道内的速度场、压力场。结果表明,Fluent数值模拟能真实反映叶轮内部的复杂流动,为AY型离心油泵叶轮的设计及改进提供了基础依据。     

离心泵内流场的三维数值模拟及流动分析

采用标准-湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵内流场三维不可压湍流流动进行数值模拟,分析因泵体的非对称结构以及叶轮、蜗壳间较小间隙导致的内流场非对称性.并以计算流体力学(CFD)分析结果为依据,对离心泵蜗壳进行了优化设计,揭示了泵内流道的压力及速度分布规律,为离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供了依据.     

k-ε涡粘湍流模型用于离心泵数值模拟的适用性

以IS80-65-160离心泵为研究对象,对设计工况和八种非设计工况进行了整机系列相对位置定常流动数值模拟.计算中分别采用标准k-ε模型、RNG缸k-ε模型和Realizable k-ε模型三种k-ε涡粘湍流模型,以考察比较它们对离心泵内流模拟计算的适用性.计算中考虑了叶轮和蜗壳之间相对位置变化对流场的影响,较全面反映叶轮与蜗壳间的相互作用.在数值模拟的基础上,计算了基于三种湍流模型的扬程、轴功率、效率及性能曲线,并与试验性能曲线进行对比.研究表明:三种肛k-ε涡粘湍流模型均可用于离心泵内部流动数值模拟计算,采用Realizable k-ε模型的离心泵仿真结果与试验吻合最好.     

长短叶片离心泵的三维湍流数值模拟研究

采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟长短叶片离心泵内流场,对比分析数值模拟计算和试验测得的水泵流量-扬程和流量-效率特性曲线;对小流量、设计流量和大流量3种工况下的数值模拟计算与PIV测量获得的内流场进行分析研究;给出叶轮出口相对液流角及出口相对速度沿叶轮周向的分布情况;结果表明,在相同流量下数值模拟计算的扬程要大于由实验测量获得的扬程,且随着流量的增大,两者之间的差异呈增大的趋势;在相同工况下,相对速度矢量方向以及叶槽内的流态基本吻合.     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

LB50-160型离心泵叶轮内流场三维紊流有限元分析与计算

本文基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,对LB50-160型离心泵设计流量下叶轮内流场三维紊流进行了数值计算,获得了叶轮内流场的速度、压力分布,捕捉到了一些重要的流动现象。并对数值计算结果进行了深入的分析研究,为叶轮的水力设计提供了有价值的信息。对叶轮结构进行了有限元分析,准确且直观的得到了叶轮在载荷作用下的应力和应变,为叶轮的强度计算提供了可靠依据。     

半开式叶轮高速离心泵三维流场分析

运用ANSYS CFX软件对LMV-311型高速离心泵内部流场进行三维数值模拟。应用标准k-ε紊流模型对离心泵叶轮内部的三维紊流流动进行雷诺Navier-Stokes方程的数值计算与分析。揭示了叶轮内紊流流动的速度、压力分布规律,对叶轮内部的流动状况进行了研究与分析,从而为半开式叶轮高速离心泵的优化设计奠定了基础。     

离心泵叶轮的三维流场仿真与分析

叶轮作为离心泵的核心部件,其质量直接关系着离心泵整个内部流场的分布,从而影响泵的工作效率。为缩短其研发周期并且提高其性能,文中对离心泵的内部流场进行数值模拟分析,计算得到离心泵内流场的压力分布、速度矢量分布图,分析检验离心泵的流动特性,为校验叶片型面的合理性提供了一种新思路。     

低比转速离心泵大包角叶轮的优化设计

为了研究在大包角下低比转速离心泵叶轮的水力性能,本文采用CFD数值模拟并结合试验对大包角下的低比转速离心泵叶轮进行优化设计。在叶轮其他参数相同的条件下,对包角300°的9种方案分别进行数值计算,对试验结果采用极差分析,得到了300°大包角下叶轮的最优参数组合,并对比了该参数组合下泵数值模拟结果与试验结果。研究结果表明:数值模拟预测的泵外特性与试验结果基本符合,验证了数值模拟结果的准确性。研究结果为低比转速离心泵大包角叶轮的设计提供了一定的理论参考。     

半开式复合叶轮离心泵不同叶顶间隙的水力特性分析

 针对服务于航天低温循环系统的半开式复合叶轮离心泵效能利用率低的问题,研讨了其内流场在3种不同叶顶间隙下的工作情况。应用ANSYSY-Fluent软件对3种不同叶顶间隙的流场进行三维定常全流场数值模拟,得出3种叶顶间隙对离心泵内流特性的影响规律。通过对实物泵的水力特性试验以及试验结果与数值模拟结果对比分析,得出叶顶间隙是半开式离心泵存在能量损耗原因之一,减小叶顶间隙有利于提高效能利用率,并确认了试验数值模拟的可靠性。     

高速深井离心泵内部流场数值模拟与试验研究

通过对100QJ 3.2型高速深井离心泵在不同网格数、不同湍流模型、不同模拟级数条件下进行三维定常数值模拟,分析了不同条件对其性能的影响,从而选出合适的数值模拟设置方法。将性能预测结果与样机试验结果对比,验证利用CFX软件预测高速深井离心泵性能的可行性。结果表明:采用叶轮网格数为40万、Standard k-ε湍流模型、两级全流场模型对高速深井离心泵进行全流场三维定常数值模拟最为合适。     

EFFECTS OF SPLITTER BLADES ON THE LAW OF INNER FLOW WITHIN CENTRIFUGAL PUMP IMPELLER

Analysis on the inner flow field of a centrifugal pump impeller with splitter blades is carried out by numerical simulation. Based on this analysis, the principle of increasing pump head and efficiency are discussed. New results are obtained from the analysis of turbulence kinetic energy and relative velocity distribution: Firstly, unreasonable length or deviation design of the splitter blades may cause great turbulent fluctuation in impeller channel, which has a great effect on the stability of impeller outlet flow; Secondly, it is found that the occurrence of flow separation can be decreased or delayed with splitter blades from the analysis of blade loading; Thirdly, the effect of splitter blades on reforming the structure of "jet-wake" is explained from the relative velocity distribution at different flow cross-sections, which shows the flow process in the impeller. The inner flow analysis verifies the results of performance tests results and the PIV test.     

氟塑料离心泵性能预测及实验对比分析

以氟塑料离心泵IHF150-125-250为研究对象,运用流场计算软件FLUENT,对2种不同叶片形式叶轮氟塑料离心泵分别进行内部流场的数值模拟,同时在多功能水泵试验台上进行实验测试,将得到的外特性模拟预测数据与实验数据分别对比分析。结果表明,数值模拟的方法可以较好地对泵性能起到预测作用,改进后的扭曲叶片叶轮的氟塑料离心泵的性能优于现有的直叶片叶轮氟塑料离心泵。     

低比转速开式叶轮高速离心泵的优化设计系统

提出基于Navier-Stokes方程和Spalart-allmaras湍流模型流动分析的低比转速开式叶轮高速离心泵优化设计系统,该系统由四个部分组成:基本参数的优化设计、性能预测、流动分析和信息反馈。根据提出的方法,对一台开式叶轮高速离心泵进行实例设计和实验研究,取得了较好的性指指标:泵的扬程流量H-qv特性线几乎是一条直线,扬程系数达到了0．7以上;汽蚀性能也满足要求;叶轮内部压力和速度分布合理,表明采用加大流量设计方法能设计出性能优异的低比转速开式叶轮高速离心泵,此设计方法是合理可行的,对开式叶轮高速离心泵的设计具有指导意义。     

不同形式高速离心叶轮内部流动的数值模拟

为分析叶轮结构对于叶轮内部流动的影响,对8叶片的闭式和半开式两种形式低比转速高速离心复合叶轮进行研究.采用S-A湍流模型和雷诺时均N-S方程,对叶轮内部的流动进行三维紊流数值计算和分析,并对离心泵进行试验研究.数值计算结果表明,两种形式叶轮内部都存在回流,其中半开式叶轮内部的回流区域较少,液流在间隙里的相对流动大致为圆周方向;叶轮内部的静压力都是由叶片进口到出口逐渐升高,等静压曲线几乎是沿圆周方向,半开式叶轮叶片顶部的静压力低于相应位置根部的静压力,闭式叶轮出口的压力系数高于半开式叶轮.试验结果表明,半开式叶轮离心泵的效率较高,说明叶轮内部的回流是影响离心泵性能的重要因素.     

Effects of Blade Number on Characteristics of Centrifugal Pumps

The blade number of impeller is an important design parameter of pumps,which affects the characteristics of pump heavily.At present,the investigation focuses mostly on the performance characteristics of axis flow pumps,the influence of blade number on inner flow filed and characteristics of centrifugal pump has not been understood completely.Therefore,the methods of numerical simulation and experimental verification are used to investigate the effects of blade number on flow field and characteristics of a centrifugal pump.The model pump has a design specific speed of 92.7 and an impeller with 5 blades.The blade number is varied to 4,6,7 with the casing and other geometric parameters keep constant.The inner flow fields and characteristics of the centrifugal pumps with different blade number are simulated and predicted in non-cavitation and cavitation conditions by using commercial code FLUENT.The impellers with different blade number are made by using rapid prototyping,and their characteristics are tested in an open loop.The comparison between prediction values and experimental results indicates that the prediction results are satisfied.The maximum discrepancy of prediction results for head,efficiency and required net positive suction head are 4.83%,3.9% and 0.36 m,respectively.The flow analysis displays that blade number change has an important effect on the area of low pressure region behind the blade inlet and jet-wake structure in impellers.With the increase of blade number,the head of the model pumps increases too,the variable regulation of efficiency and cavitation characteristics are complicated,but there are optimum values of blade number for each one.The research results are helpful for hydraulic design of centrifugal pump.     

螺旋离心泵叶轮背叶片对轴向力影响的数值分析

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,以清水为介质,对带有叶轮背叶片的80LN-6型螺旋离心泵进行全三维数值模拟。通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出6种不同螺旋离心泵叶轮方案,对各种方案下泵内流动进行数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下轴向力的变化趋势和规律。通过对外特性试验数据和CFD数值模拟数据对比,间接地验证了数值模拟方法的可靠性。并对6种不同螺旋离心泵叶轮方案模拟数据进行分析,结果表明,螺旋离心泵添加叶轮背叶片之后,轴向力大小发生变化,同时在不同方案中不同工况下轴向力方向也发生改变;背叶片数目、背叶片宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内的压力分布有较大影响。     

Numerical simulation and analysis of flow characteristics in the front chamber of a centrifugal pump

We performed numerical simulations to study the flow characteristic in a centrifugal pump based on the RANS equations and the RNG k-ε turbulent model. The flow field, including the front and back pump chambers, the impeller wear-ring, the impeller passage, the volute casing, the inlet section and outlet section was calculated to obtain accurate numerical results of fluid flow in a centrifugal pump. The flow characteristic was studied from the internal flow structure in pump chambers, the radial velocity at impeller outlet as well as the pressure inside of the pump, the circumferential velocity and the radial velocity in front pump chamber. The variation of flow parameters in internal flow versus flow rate in the centrifugal pump was analyzed. The results show that the overall performance of the pump is in good agreement with the experimental data. The simulation results show that the distribution of flow field in the front pump chamber is axial asymmetry. The energy dissipation at the impeller outlet is larger than other areas. The distribution of the circumferential velocity and that of radial velocity are similar along the axial direction in the front pump chamber, but the distribution of flow is different along the circumferential and the radial directions. It was also found that the vorticity is large at the impeller inlet compared with other areas.     

叶片数对螺旋离心泵内部流场影响研究

利用工程上普遍采用的k-ε两方程模型和SIMPLE算法,对单叶片和双叶片螺旋离心泵的内部流场进行了数值模拟.得出了叶轮与蜗壳内的速度分布和压力分布等流场信息,比较了单叶片和双叶片螺旋离心泵的特性曲线,单叶片和双叶片螺旋离心泵内部流场的区别与联系,分析了叶片数对螺旋离心泵内部流动规律的影响.