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。     

低比转速离心泵叶轮内三维流场PIV试验及数值仿真

为研究低比转速离心泵内部流场分布情况，借助于PIV试验，结合数值仿真方法对一台叶轮直径为187 mm、比转速为70的离心泵叶轮通道流场进行了测量及数值模拟计算。为对比不同湍流模型计算结果的可信度，分别采用Standard k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型进行计算，并将流场计算结果与PIV试验结果进行了对比。研究结果表明：在小流量工况下，叶轮通道内速度分布较不均匀，在通道后半区域靠近叶片工作面存在明显的低速区，叶片背面的中前部区域附近出现高速区；随着流量增大，叶轮通道内部速度分布渐趋均匀，水流出口角增加。三个湍流模型计算结果与试验结果吻合较好，尤其是对低速区的模拟较好。对比三个不同的湍流模型，在小流量工况及设计流量工况下，RNG k-ε模型计算结果与试验值更为接近；在大流量工况下，Standard k-ε模型计算结果与试验值吻合更好。对比离心泵整体性能表现，扬程、效率计算结果均远高于试验测量值。     

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。     

离心泵叶轮变转速工况的内部流动测量

本文利用可视化的激光粒子成像测速技术(PIV)使用自制的同步器对离心泵叶轮的变转速工况进行了内部流场的速度测量。获得了变转速工况下试验测量区域的速度分布。测量结果显示在变转速工况下,扬程随转速的变化而变化。高转速的速度比低转速的速度数值要大,但速度的方向和分布相似。     

离心式水泵内部流场的面元法数值计算

本文介绍了面元计算方法,探讨了离心式水泵内部流场。分别采用了表面分布面元和叶轮骨线上分布面元,研究了不同工况下环量密度的分布规律及泵内部流场的速度分布,分析了泵内产生的倒流现象。数值计算结果表明,这种方法是有效的,为进一步研究泵内三维流场,性能及压力场提供了可能。     

后置灯泡贯流泵三维紊流计算

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法研究某一后置灯泡贯流泵内部的三维流场,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法对泵叶轮、导叶和进出水流道内的流场进行数值模拟.分析最优工况下装置纵断面的流速和压力分布以及叶轮出口、导叶出口和灯泡体尾部的流速分布情况.着重研究小流量工况、最优工况和大流量工况等不同工况下叶片压力面、吸力面的静压分布以及各断面翼型附近的相对流速分布.同时还计算贯流泵装置各种构件的水力损失,发现导叶体和灯泡体段在水力损失中所占的比重较大.将数模计算结果与模型试验的泵装置性能数据进行对比,结果表明数模计算结果跟试验数据在高效区附近吻合较好,在小流量和大流量工况下存在偏差.采用CFD方法对灯泡贯流泵装置内部流场进行数值模拟可以为泵装置进一步设计优化提供依据.     

无油润滑高速离心泵的变转速性能研究

转速调节是调整泵工况的重要手段,为了揭示变转速对高速离心泵的水力性能影响,本文以一台采用无油动压液体轴承支撑的高速离心泵为研究对象,采用试验方法与数值模拟,进行了不同转速下相似工况下的水力性能研究。论文通过所搭建闭式实验台上的水力测试得到了不同转速下的水力性能曲线,验证了该泵在变转速下良好的水力性能,最高效率可达35.52%。并结合ANSYS CFX软件对该泵水力部件进行了数值模拟研究,与试验结果的对比表明数值模拟能够有效对该泵的水力部件性能进行预测。论文还对该泵水力部件以设计工况为基准的不同转速下的比例相似工况进行了研究。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

低比转速泵反转透平性能换算修正方法

离心泵反转作透平(PAT)可回收液体能量。泵工况和透平工况流量、扬程换算关系H_t/H_p、Q_t/Q_p是PAT选型设计与性能预测的关键,而现有的换算关系对低比转速PAT误差较大。通过分析放大系数及速度滑移对低比转速PAT性能换算关系的影响,得到一种性能换算的修正方法。对比转速为33～86的8台PAT采用数值模拟软件FLUENT 17.0进行数值计算,分别得出其扬程、流量换算关系的修正系数。该修正系数与比转速的关系通过多项式拟合得到。采用已公开的7台低比转速PAT试验结果验证,与其他方法相比采用该修正系数计算的H_t/H_p、Q_t/Q_p误差约减小3%～15%。针对低比转速PAT的选型设计和性能预测该方法可提供理论指导。     

叶片交错布置对双吸离心泵外特性的影响

基于RANS方程、修正后的RNG湍流模型和壁面函数法,采用CFX软件分别对交错布置和对称布置叶片的高转速低比转速双吸离心泵进行了流场为三维不可压缩湍流流场的数值模拟,计算得到了各自的性能曲线以及叶片和蜗壳内的压力和速度分布。通过对比分析可知,采用交错布置叶片能有效降低泵的轴功率,且在设计工况和大流量工况提高泵的效率,能明显改善蜗壳内部流动特性,有效减小泵内气蚀的严重程度,增强离心泵的运行稳定性。     

多翼离心通风机全流场数值模拟与性能预测

针对多翼离心通风机建立全流场整机模型,采用计算流体动力学方法对其在设计工况下的内部三维流场进行了定常数值模拟,揭示了其内流场的基本特征,通过试验验证了数值方法的可靠性,并预测了多翼离心风机的多工况性能。     

CFD数值模拟在核级泵设计中的应用

根据二代改进型核电厂技术规格书的要求,设备冷却水泵、乏燃料水池冷却泵、硼酸泵及重要厂用水泵等典型核3级离心泵的水力性能需要同时满足多个工况点的要求。以设备冷却水泵为例,利用CFD软件对泵内部流场进行了模拟,根据计算结果预测泵的性能,并与样机试验结果进行了比对分析。结果表明数值模拟手段可以为核级泵多工况设计提供有价值的参考依据。     

叶片叶型和数量对泥泵内部流场影响研究

针对叶片叶型和叶片数量对泥泵内部压力和速度的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法,根据工作面为不同曲线的叶片和不同叶片分布形式进行流场分析。在设计流量工况下,采用稳态Navier-Stokes方程求解,选取多重参考系模型进行计算。流场计算结果显示:内部流场合理性较好的泵依次为带分流叶片的四叶片泵、四叶片泵和三叶片泵;其中,Bezier曲线四叶片泵比圆弧曲线四叶片泵内部流场分布更为合理。     

多级中开输油泵导叶的设计分析

基于新研发的中石化某管线多级中开输油泵,利用软件对多级泵的叶轮与导叶进行三维建模、网格划分,并对设计工况下的三维紊流场进行了数值模拟。根据数值计算结果分析了叶轮和导叶的压力分布和速度分布,将流场计算出来。通过试验分析验证,对泵扬程和效率的理论值与试验值进行了对比,获得了与实际情况相近的计算结果,从而掌握了多级泵导叶设计和制造的关键技术。     

低比转速离心泵叶轮内部流场的CFD分析

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型，利用CFD对低比转速离心泵叶轮内部流场进行了计算，分析了叶轮内部流场的速度分布和压力分布，并对预测结果进行比较，从而提出了利用CFD（Computational Fluid Dynamics）对离心泵叶轮进行性能分析的方法，为进一步完善泵设计理论、提高泵设计水平提供了有益的参考。     

采棉机风机内部流场数值研究

为研究采棉机风机内部流场的影响因素,采用Fluent软件对其内部流场进行了数值模拟分析,并分析了不同转速和流量工况下风机内部速度场和吸口负压场。计算结果表明:随着转速的增大,风机出风口速度、最大运输速度不断增大,吸口负压整体呈现不断增大的趋势;随着流量工况的不断增大,出风口速度、最大运输速度不断增大,吸口负压最小值减小,最大值增大。为采棉机风机性能改进提供了有效的借鉴意义。     

螺旋流恒压泵内部流场分析及实验研究

螺旋流恒压泵是一种可自恒压输送水、石油产品和化工液体等的新型泵种。为得到螺旋流恒压泵内部流场的速度、压力分布情况,运用CFD软件进行有限元数值仿真,模拟型号为LXB 0.8/40-125-80-230的螺旋流恒压泵在实际工作情况下泵内部流场的分布情况,得到恒压泵在不同流量情况下的压力云图及速度矢量云图,对得到的数据进行相关计算,得到水泵的流量-扬程曲线与流量-效率曲线。为验证数值仿真的准确性,通过水泵试验微机测试系统对LXB 0.8/40-125-80-230螺旋流恒压泵进行性能测试实验,得到其性能曲线,将数值仿真与实验得到的性能曲线进行比较,结果证明,在误差允许范围内,水泵的出口压力、扬程与效率基本一致,充分说明数值仿真结果的正确性与可靠性。该研究为螺旋流恒压泵的内部流场数值仿真分析及实验研究提供了实验及理论指导,为设计螺旋流恒压泵提供了理论数据。     

对称半螺旋形吸水室对多级离心泵汽蚀性能的影响研究

为提高环形吸水室的节段式多级离心泵的抗汽蚀性能,采用对称分布的半螺旋结构对环形吸水室进行水力优化,并对优化前后的多级离心泵进行数值计算和流场分析,最后进行汽蚀试验验证。研究结果表明,优化后的环形吸水室的流场结构有了较明显的改善,增大了首级叶轮叶片入口边的压强,提高了泵的抗汽蚀性能。经汽蚀试验验证,泵的汽蚀性能完全达到设计要求。     

开式叶轮离心泵性能的CFD模拟方法

现有针对离心泵性能的数值模拟研究中,由于计算时未准确考虑泵内间隙和平衡孔的影响,一些低比转速的开式叶轮离心泵的性能预测结果出现较大的误差,因此很有必要建立合理的计算方法来提高性能预测精度。以一台低比转速的开式叶轮离心泵为研究对象,对其内部流动进行三维数值模拟,探讨建模、数值方法和湍流模式对预测结果的影响。通过模型泵试验台上的性能测试,得到泵的流量、扬程、功率和效率等性能参数。通过对比数值模拟与试验结果,验证数值模拟的可靠性,并分析后盖板切除区域、间隙和平衡孔对流动结构和性能的影响。分析结果显示,改进模型能很好地预测开式叶轮的性能,在计算模型中忽略后盖板切除区域能提高计算精度:采用滑移面方法能够提高网格质量,但也增大了非设计工况下的计算误差:对于开式叶轮离心泵的模拟,Realizableκ-ε模型相比κ-ε,RNGκ-ε和Spalart-Allmars等模型具有更高的计算精度和稳定性。所提建模和计算方法可提高低比转速离心泵的性能预测精度,尤其适合于开式叶轮离心泵的流场模拟。     

基于Kriging模型和遗传算法的泵叶轮两工况水力优化设计

为了拓宽余热排出泵设计高效区的范围,提出了一种基于Kriging近似模型和遗传算法的优化方法。采用拉丁超立方试验设计方法对叶轮叶片的进口冲角?β、包角φ及出口安放角β2进行16组方案设计,并采用ANSYS CFX14.5对16组叶轮方案进行定常数值模拟,选取离心泵设计工况1.0Qd和大流量工况1.62Qd下的效率为水力优化设计目标,建立了效率与叶片三个参数之间的Kriging近似模型,并应用多目标遗传算法对近似模型进行寻优,得到了最优的叶片参数。对原始方案进行外特性试验,数值模拟结果与试验结果基本吻合。优化后,叶轮在两工况下的效率均高于原始泵,效率分别提高了5.53%和2.29%。同时对比优化前后的泵内部速度分布,表明在设计工况和大流量工况下,优化后的叶轮内部相对速度分布更均匀,水力损失较小。提出的叶轮优化方法对泵性能提高提供了有效参考。