叶片包角对可逆式泵性能影响的数值研究

为了有效利用能源,将泵在透平工况下运行回收高压液体能量,是节能技术的研究方向之一。叶片包角是可逆式泵设计时的主要参数之一。以比转速72的离心泵为研究对象,分别对不同叶片包角的叶轮进行了泵和透平工况的全流场数值研究。研究结果表明:对于可逆式泵,存在最佳叶片包角使泵的效率最高。随着叶片包角的增大,泵工况下的流量扬程曲线更加陡峭,轴功率逐渐减小;透平工况下的扬程、轴功率逐渐增加,流量扬程,流量轴功率特性曲线越来越陡峭。流场分析结果表明,叶片包角的增加,有效的改善了叶轮内部流场分布,使泵内部的流场分布更加均匀,研究结果对于可逆式泵的设计具有一定的指导意义。     

基于计算流体力学的串列轴流泵空化性能分析

对一串列轴流泵内部空化流场进行计算,研究设计流量下串列泵内部空化发展过程,分析串列泵的空化性能。湍流模型采用一种RANS/LES的混合模式FBM模型,通过二次开发引入到计算软件;采用Zwart空化模型处理相间质量传输过程。基于一普通轴流泵的试验空化特性数据对上述计算方法进行验证,结果表明上述计算方法可以较好地预测轴流泵的空化特性。研究结果表明,在设计流量下,串列泵内部空化发展可以分为四个阶段:空化初生阶段、首级叶轮空化发展阶段、次级叶轮空化发展阶段和空化充分发展阶段。在首级叶轮空化发展阶段和次级叶轮空化发展过程中,串列泵的能量特性存在一个过渡阶段。在该过渡阶段,串列泵整体外特性仍具有较高水平,这是由于首级叶轮外特性下降的同时次级叶轮外特性稍有上升。     

轴流泵出口流场的实验研究与数值模拟

首先对轴流泵进行了性能实验,然后利用PIV（PaIticle Image Velocimetry,粒子示踪测速仪）测量技术在3个不同工况下对轴流泵叶轮的出口流场进行了测量,得到出口回流和旋涡结构。基于Navier-Stokes方程组和标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法对轴流泵叶轮内流场进行数值模拟。计算得到泵的性能曲线与性能实验获得的结果比较吻合,并将计算得到的出口流场速度分布和PIV测量结果进行了比较,两者能较好的符合,从而证明了数值计算的有效性和准确性。进而分析了轴流泵不同流量工况下造成效率降低的原因,得知叶根出口位置的回流随着流量的增加而减少。本结果可以为轴流泵的内流分析和叶轮设计提供参考依据。     

可调叶片轴流泵变转角工况的性能预测

简要介绍了可调叶片轴流泵叶轮设计安放角及变转角工况下最优工况点流量的计算方式。在零转角工况性能预测的基础上，进一步讨论了变换角工况下的性能预测。     

叶片厚度对轴流泵性能的影响

采用RNGk-ε紊流模型计算了轴流泵装置内部的三维紊流流场。通过计算表明,装置在相同的流量下,随着轴流泵叶片厚度减薄,水泵的扬程和轴功率增加,最高效率点向大流量偏移,且最高效率有所提高;叶片压力面的压力增加,使叶轮扬程的增加,而叶片吸力面的压力变化较小,略有增加,使得叶轮空化性能有所改善,最后通过模型试验验证了计算的结果。     

轴流泵叶轮内部流场大涡模拟及分析

本文将大涡模拟与基于特征线的有限元分离算法相结合,对轴流泵叶轮内部流场进行了数值分析.为验证算法的准确性和可靠性,对NACA0012翼型在雷诺数Re=800下且攻角为20°时的绕流流动进行计算,成功得到了该流动的双解,计算值与直接数值模拟结果相符.大涡模拟计算得到的轴流泵外特性曲线与y试验数据基本吻合,特别在偏离工况下能较好地反映泵的能量特性,表明大涡模拟有较好的工程应用前景.分析了叶轮的进出口流场速度分布及叶片表面的压力脉动,发现小流量工况时叶轮轮缘附近存在叶道涡和较强的压力脉动,此现象与导水锥段收缩流道造成的叶轮进口轴向速度非均匀分布有关.     

涡旋前伸式双叶片污水泵流场分析与性能预测

为研究涡旋前伸式双叶片污水泵流动规律,采用标准k—ε模型和SIMPLEC算法对涡旋前伸式双叶片污水泵叶轮内部流动进行了数值模拟,得出了叶轮内的压力、速度、湍动能的分布情况,从而分析出该型泵叶轮流动的特点和通过能力提高的原因。在流场分析与计算的基础上,提出了性能预测的方法,对规定工况点的性能进行了预测,并分析了预测结果和试验结果差异的原因,从而为评价设计效果提供了有效的手段。     

涡旋前伸式双叶片污水泵流场分析与性能预测

为研究涡旋前伸式双叶片污水泵流动规律,采用标准k-?模型和SIMPLEC算法对涡旋前伸式双叶片污水泵叶轮内部流动进行了数值模拟,得出了叶轮内的压力、速度、湍动能的分布情况,从而分析出该型泵叶轮流动的特点和通过能力提高的原因.在流场分析与计算的基础上,提出了性能预测的方法,对规定工况点的性能进行了预测,并分析了预测结果和试验结果差异的原因,从而为评价设计效果提供了有效的手段.     

移动泵站轴流泵的CFD数值模拟分析

为了研究轴流泵的水力特性,了解不同工况下轴流泵的工作状态并了解其流道内流场特性,基于福建侨龙公司多功能移动泵站轴流泵三维数模,采用fluent软件,选用k-ε湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过数值模拟预测了轴流泵的水力特性,并与试验结果进行对比分析,验证了模型准确性。在此基础上,分析了两种不同工况下轴流泵叶轮叶片和导叶表面的压力及速度分布情况,揭示了叶片和导叶的流态以及表面压力在流场中的分布规律。数值模拟结果对深入了解轴流泵内部流动规律和指导水力机械设计有一定的参考价值。     

漂浮取水泵内部流场的数值模拟及性能试验

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,基于Pro/E建立了内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了压力、速度分布规律以及外特性曲线,并结合性能试验,对数值模拟进行了验证。结果表明:漂浮取水泵存在无过载的功率曲线及高效区较宽的效率曲线;叶片旋转中心受静压较边缘低;旋转叶片速度较大;在额定流量工况下,叶轮具有较均匀的速度和流场分布规律;性能试验验证了数值模拟的正确性。研究结果为掌握泵的内部流场分布规律、改善泵的水力特性、提高泵的效率提供一定参考。     

对转轴流泵的设计与数值分析

对转轴流泵是由2个叶轮串联在一起,以相反的方向绕同一轴心旋转的轴流泵.与常规前、后导叶式轴流泵相比,在同样设计参数条件下,对转式轴流泵具有相对体积小、运转速度低、抗空化性能好和推重比高等特点.为探究对转轴流泵的设计理论和方法,设计了一对转轴流泵的前、后置叶轮,应用Matlab软件实现参数化设计,搭建了自动分析优化平台,...     

对旋轴流叶轮不同转速比的设计及CFD分析

在相同的设计流量和设计扬程条件下，设计了3种不同转速比的对旋轴流叶轮，得到了叶片不同的特征参数。结果表明：对旋式轴流泵前置叶轮与后置叶轮的转速比采用稍小于l的设计是较为合理的，并且可以获得较宽的运行高效区。以此叶片设计结果为数值模拟的对象，对前后叶轮采用7种不同的转速比进行数值模拟，得到各自全流道下紊流流场的压力、速度等值线及分布云图，预测一定转速比下的叶轮外特性性状，为实际运行和选型应用提供了依据。     

Numerical prediction and performance experiment in a deep-well centrifugal pump with different impeller outlet width

The existing research of the deep-well centrifugal pump mainly focuses on reduce the manufacturing cost and improve the pump performance,and how to combine above two aspects together is the most difficult and important topic.In this study,the performances of the deep-well centrifugal pump with four different impeller outlet widths are studied by the numerical,theoretical and experimental methods in this paper.Two stages deep-well centrifugal pump equipped with different impellers are simulated employing the commercial CFD software to solve the Navier-Stokes equations for three-dimensional incompressible steady flow.The sensitivity analyses of the grid size and turbulence model have been performed to improve numerical accuracy.The flow field distributions are acquired and compared under the design operating conditions,including the static pressure,turbulence kinetic energy and velocity.The prototype is manufactured and tested to certify the numerical predicted performance.The numerical results of pump performance are higher than the test results,but their change trends have an acceptable agreement with each other.The performance results indicted that the oversize impeller outlet width leads to poor pump performances and increasing shaft power.Changing the performance of deep-well centrifugal pump by alter impeller outlet width is practicable and convenient,which is worth popularizing in the engineering application.The proposed research enhances the theoretical basis of pump design to improve the performance and reduce the manufacturing cost of deep-well centrifugal pump.     

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.     

大型立式轴流泵叶片进口流场及其对水泵影响研究

分析各因素对大型立式轴流泵叶片进口流态的影响,研究该断面流场的形成机理。提出叶栅对进口流态反作用和相互自动调整的观点,即如果叶栅来流非均匀轴向,叶栅过流特性会反过来影响来流流态并调整达到平衡。结果表明,立式轴流泵叶片进口流场既非轴向,又非均匀,不符合常规假设。用五孔探针实测叶轮直径D=1.64m轴流泵叶片进口流场,证明了理论分析的正确性。分析叶片进口流态对水泵性能、导轴承偏磨和间隙气蚀的影响,提出改善流态的方法。成果对改进轴流泵及其进水流道设计理论和方法,提高运行性能具有重大意义。     

Effect of meridional shape on performance of axial-flow fan

In this study, the effect of impeller meridional shape on the performance of axial-flow fan is investigated by CFD method. Three axialflow fan impellers with different meridional shapes are designed. The blade angle, blade stacking condition and other structure factors of the impellers are all remained consistent. The performance curves of the three impellers are calculated and compared. In almost all the interested flowrate range, the impeller W3 with an inverted-isosceles-trapezoid meridional shape and the longer blade camber achieves both the higher pressure rise and the higher efficiency than the other two impellers. A two-stage axial-flow fan designed on basis of W3 is manufactured and tested. Test results show good agreement with the calculated performance curves. Further, analyses of the CFD results are conducted to reveal the reasons for the different performance. A newly-defined Local Euler head (LEH) is introduced to represent the distribution of the major Euler work in the axial-flow fan. And the LEH distributions in the three impellers are obtained. W3 achieves the highest LEH at blade Trailing edge (TE), because it could perform the most Euler work to the fluid with the longest blade camber. Then losses in the impellers are analyzed by means of the entropy generation. Among the losses in impeller, the tip leakage loss and endwall friction loss are dominated at design flowrate. The generation condition of the tip leakage loss shows significant differences among the three impellers. And the whole power loss in impeller of W3 is slightly higher than those of the other two models. However, the power loss difference among the three impellers is negligible. And due to the highest shaft power, the efficiency loss of W3 is the lowest of all.     

叶片进口边位置对双吸离心泵性能的影响分析

针对一种国内生产的双吸泵,利用CFD软件对其内部流场进行数值模拟,依据一元理论对叶轮的水力设计进行检查。在不改变原叶轮设计的基础上分别将叶片进口边三次后移构造出三种叶型A1、A2、A3。数值计算结果表明:在任意工况下叶轮A2的效率比A1、A3的效率都高,且在最优工况下叶轮A2的最高效率比原叶轮的效率高5.8%,高效区也明显变宽。研究表明,在推荐值1～1.3以外时,叶片间有效进出口面积的比值并非越小,泵的性能越好;叶片进口边的位置对泵的性能有很大的影响,适当改变进口边位置可以有效地改善叶轮进口的流动状态。     

叶片参数对离心泵关死点性能影响的试验分析

一直以来离心泵关死点扬程和功率都无法通过理论计算获得。以某比转数为92.7的离心泵为研究对象,试验测试了不同叶片出口角、叶片出口宽度和叶片数下关死点扬程和功率的变化规律。试验结果表明关死点扬程随着叶片出口角的增大变化较小,随着片出口宽度的增加一直增加,随着叶片数增加先减小后增大;3个参数对关死点功率的影响都比较复杂;3个参数对关死点性能的影响大小顺序为叶片出口宽度最大,叶片数次之,叶片数最小。研究结果对于现代离心泵的设计具有比较重要的参考意义。     

用于轴流风机的轴流叶轮气动性能试验研究

参照GB/T 1236—2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》,对同一台轴流风机的5种轴流叶轮分别进行了气动性能试验,通过对比5种轴流风机的气动性能试验数据进行分析,研究了单级轴流叶轮的叶片角度和叶片数对其性能参数的影响,得出了全压、风量、效率随叶片角度和叶片数改变的变化规律,试验结果表明:在最高效率工况条件下,首先对比相同叶片角度,不同叶片数的第一组试验系列,得出叶片数Z=6时,风量最大,功率最小。然后在相同叶片数,不同叶片角度的第二组试验系列,得出Z=6,β=38°时,风量最大,全压最大,功率最大,全压效率居中,因此得出应用于新型轴流式灭火风机的轴流叶轮最佳叶片数和叶片角度的组合。