双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGk－ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,表明该泵满足运行要求。该研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。     

双向超低扬程泵装置流动数值模拟

针对可用于双向抽水的一种新型双向超低扬程泵装置,基于CFX软件对泵装置进行三维流动数值模拟,分析了泵装置的内部流动特性,并对泵装置的整体性能作出了预测。计算结果表明:在设计工况(流量Q=4.8m~3/s)与大流量工况(流量Q=5.4m~3/s)下,叶轮进口断面流速均匀度达到90%左右,叶轮进口断面流态良好,足以保证水泵的性能,扩散导叶出口断面流线较为平顺,扩散导叶对水流速度环量的回收较好。泵装置进水水力损失较小,出水水力损失较大。该装置在设计工况(流量Q=4.8m~3/s)下的效率最高,达到71.09%,对应的扬程为1.345m,泵装置高效区运行的流量范围较大。新型双向超低扬程泵装置在自流引排水且实际扬程很低的沿江滨湖地区,是一种可取的方案。     

低扬程双向立式轴流泵装置水力优化研究

苏南某泵站是双向立式轴流泵,在该泵站机组结构改造之后,利用CFD软件建立该泵站的泵装置三维模型,并进行数值模拟计算,得到水力性能参数值。将现场测试结果与数值模拟结果相比较,表明数值模拟的结果与现场测试的结果较为吻合,设计工况下,效率的误差为±1.25%,说明数值模拟方法具备较高精度,其结果具备较高可靠性。在结构改造的基础上,利用数值模拟方法对泵装置进行了局部结构优化:通过改变该泵站泵装置的轮毂比,使泵装置的效率提高了1.44%,通过改变叶轮叶片出口边与导叶进口边的距离,使导叶出口的水力损失得到改善,优化后泵装置具备较好的水力性能。     

基于CFX的离心泵内部流场三维数值模拟

基于三维不可压缩流体的N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用隐式修正SIMPLE算法,利用CFX软件,对离心泵装置进行全流场三维数值模拟,共计算额定转速下30～80 m3/h流量范围内8个工况点。对比分析小流量工况、设计工况和大流量工况下泵装置流态和压力分布,并分析叶片表面静压,揭示内部流动规律,所得结果对预测水力性能,提高水泵效率及进一步结构优化具有重要的参考价值。     

应用PIV技术测试浑水水力分离清水装置的清水流场流动特性

利用粒子图像测速(Partic le im age veloc im etry,简记PIV)技术,测试了不同工况下浑水水力分离清水装置的清水水流流动特性,给出了该装置内水流流速矢量分布、流场流线、速度分量应变率分布和流场涡量分布图.并据此分析了浑水水力分离清水装置内部清水水流流动特性.     

贯流泵模型装置能量特性相关试验分析

泵装置的各过流部件对装置性能有不同程度的影响,采用物理模型试验方法对贯流泵装置能量相关特性进行研究,分析出水流道型式、导叶体及转轮叶片数对泵装置能量性能的影响,并对贯流泵装置与立式轴流泵装置进行能耗计算,论证在特低扬程(2.0 m以下)工况时,贯流泵装置具有明显的高效节能优点。     

基于CFD的轴流泵流场特性分析

为更深入研究轴流泵,了解不同工况下轴流泵的运行状态,进一步强调最优工况运行的重要性,结合南水北调工程中某泵站模型的数据,采用流体力学软件Fluent,在多重参考坐标系下,选用S-A湍流模型对模型泵进行数值模拟。通过计算,对不同工况下的轴流泵水力性能进行了预估,绘制了轴流泵的特性曲线,与试验值进行比较,吻合较好,说明了数值模拟的准确性。根据数值计算结果,分析了轴流泵叶轮叶片和导叶叶片表面的速度及压力分布,揭示了叶片和导叶表面流态和压力的分布规律:叶片压力径向递增,相对速度由轮毂到轮缘逐渐加快,按圆柱面分布,导叶表面压力呈带状分布,水流最终从导叶出口沿轴向流出。     

大型低扬程开敞式泵站性能测试研究

苏南某泵站机组进出水流道结构改造之后,对该泵站的性能参数进行了现场测试。对该泵站机组流量进行测量,测试的误差为±0.53%。利用泵站的自动采集系统测得扬程和功率,通过效率的计算公式,得到该泵站在不同工况下的效率值。利用CFD软件建立该泵站的泵装置三维模型,并进行数值模拟计算,得到水力性能参数。将现场测试的结果与数值模拟结果相比较,结果表明,数值模拟的结果与现场测试的结果较为吻合,设计工况下,效率的误差为±1.25%,数值模拟方法具备较高精度,其结果可靠性较高。对泵装置内的水流流态进行分析,进水流道和出水流道封闭侧的漩涡影响该泵站泵装置的效率。     

虹吸式轴流泵装置固液两相流数值模拟

为研究轴流泵输送含沙水流时的工作性能,基于Euler多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵装置内固液两相流动进行数值模拟。重点分析了0.8、1.0和1.2倍设计流量条件下轴流泵装置在含沙工况和清水工况的能量性能和流态差别。同时,进一步探究了不同固相颗粒直径和浓度对装置内部固液两相流动的影响规律。结果表明:同一流量条件下,含沙工况下的泵装置效率和扬程都比清水工况低,且导叶体和出水流道流态较清水工况差;随着固相颗粒直径的增加,叶轮叶片壁面处颗粒体积分数逐渐增大,且颗粒体积分布均匀性越差,固相颗粒主要集中于叶片压力面进口处及吸力面靠近轮缘处;而随着颗粒浓度的增大,叶片表面及导叶表面固相颗粒分布的均匀度变差,固相颗粒主要分布于靠近叶片压力面进口处、吸力面靠近轮缘处,导叶处流态变差。研究结果可为轴流泵装置的优化设计提供一定参考。     

后置灯泡式贯流泵装置模型的优化与试验研究

结合南水北调东线工程金湖泵站低扬程大流量工况要求,研制了贯流泵装置水力模型。采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对该模型进行了全流场数值模拟,并对叶片出口和导叶之间的距离进行了优化。优化结果表明,当叶片出口和导叶之间距离为0.11倍叶轮外径时,内部流动较稳定,装置效率高;当该距离为0.03和0.33倍叶轮外径时,导叶出口分别形成了脱流区和旋涡区。流线运动轨迹表明导叶出口存在一定的剩余环量,呈螺旋流态进入出水流道,没有出现局部旋涡。优化后的装置模型经过3个不同试验台的试验,结果基本相符。试验结果表明,该模型流量大,效率高,在-4°叶片角下,最高效率达到79.40%;在2.92m扬程下,流量为329L/s,汽蚀比转速为1267,效率达到79.15%,该模型可供南水北调工程及其他工程选用。     

叶片弯度对双向泵性能影响的数值模拟分析

叶片的弯度、厚度、表面光滑度等对叶片泵的性能起着决定性的作用,其中弯度对叶片泵性能的影响较显著。运用FLUENT软件,对一原始双向泵和增大叶片弯度后的双向泵分别进行正、反向运行工况的数值模拟。分析研究表明,增大叶片弯度,流经双向泵的水体能量值(H)增加;但正向工况时的汽蚀性能略有降低,反向工况时在同一扬程H下,流量Q减小、效率η降低。     

叶片包角对高比转速离心泵水力性能的影响研究

高比转速离心泵流道宽大,包角的大小将直接影响其水力性能。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对5种不同的叶片包角模型在多种工况下分别进行了数值模拟计算分析,以对不同包角下的外特性变化趋势、叶轮内部的三维流线以及湍动能变化规律进行研究。研究结果表明:(1)随着叶片包角的增大,离心泵的最高效率点表现为先增加后减小,扬程随着流量的增大而下降,当包角增大到一定限值时,下降的幅度最为明显;(2)离心泵叶轮流线在相同的流量下,随着叶片包角的增大,流线愈发平顺光滑且越趋于叶片线型时,叶轮的总压随包角的增大而逐渐减小;(3)在设计工况下,低速区主要集中在叶轮进口的叶片工作面处,随着叶片包角的增大,湍动能逐渐减小;(4)当叶片包角在110°附近时,该泵的水力性能即达到最优。研究结果可为今后对高比转速离心泵的研究提供一定的参考。     

后置灯泡式贯流泵装置模型的优化与试验研究

结合南水北调东线工程金湖泵站低扬程大流量工况要求，研制了贯流泵装置水力模型。采用标准k-ε RNG湍流模型和SIMPLEC算法，对装置模型进行了全流场数值模拟，并对叶片出口和导叶之间的距离进行了优化。优化结果表明，叶片出口和导叶之间距离为0.11D2时，内部流动稳定，装置效率高，当该距离减小或者增大时，在导叶出口易形成旋涡区。流线运动轨迹表明导叶出口存在一定的剩余环量，呈螺旋流态进入出水流道，但没有出现局部旋涡。优化后的装置模型经过江苏大学试验台初试，河海大学试验台复试，和天津中水北方公司试验台终试，三个不同试验台的试验结果基本相符。终试结果表明，该装置模型流量大，效率高，在-4°叶片角下，最高效率达到79.40%，在2.92m扬程下，流量为329L/s，汽蚀比转速为1267，效率达到79.15%，该模型可供南水北调工程及其他工程选用。     

两种簸箕形进水流道泵装置数模分析与比较

利用三维湍流数值模拟方法分析比较了两种流道在带泵与不带泵情况下进水流道的出口流场情况以及流道水力损失情况。研究结果表明,两流道在各工况下,内部流态良好,无漩涡或脱流。水流在到达两流道出口断面时速度均匀度已经比较理想分别达到94.40%和94.58%,速度加权平均角分别达到89.9°和89.9°。泵装置的计算结果表明叶轮旋转对水流流速均匀度的影响较为明显,而对水流速度加权平均角的影响微小。水泵叶轮旋转对进水流道的水力性能会有一定的影响,泵装置水力特性并不是泵水力特性和流道水力特性的迭加。在大流量工况区流道形式1的水力性能稳定性要稍优于流道形式2。更多还原     

后置灯泡贯流泵装置“马鞍”区数值模拟

"马鞍"区是指轴流泵装置在扬程-流量曲线上小流量工况时的扬程随着流量的减小而出现先减后增的一段区域,在该区域内,泵装置运行状况极不稳定。以南水北调东线淮安三站的后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS-CFX数值模拟与模型试验相结合的研究方法,计算并分析了"马鞍"区的流动特性,并将其与设计工况时流动特性进行了对比。结果表明:泵装置运行在"马鞍"区时,进水流道出水断面轴向速度的分布均匀度与速度加权平均角,前、后导叶体段的水头损失,过流部件内部流速场与压力场的分布等指标,均达不到设计要求;在"马鞍"区工况内,大流量时的水力性能要优于小流量时的水力性能。     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

樊口泵站水泵技术改造模型泵开发试验研究

湖北省樊口泵站装有目前亚洲单机容量最大的轴流泵．长期以来，泵站运行扬程远远低于设计扬程，造成运行工况差、气蚀破坏严重、叶片操作油压过高且低扬程下仍难于开启泵轮叶片，造成低扬程区域无法正常开机．中国水利水电科学研究院水力机电研究所为樊口泵站轴流泵改造进行了模型泵开发试验研究，为泵站水泵技术改造提供了性能优良的水力模型，可大幅度提高效率、降低能耗、改善气蚀性能，实现在2．5MPa的设计操作油压下对叶片进行全调节，全面解决现用泵目前在运行中存在的水力问题．在与原型泵装置全模拟的模型泵流道上进行的第Ⅰ方案和第Ⅴ方案模型试验结果表明，其中第Ⅴ方案的水力模型性能指标达到了国内先进水平．     

刘老涧新闸流动特性分析

以刘老涧新闸为研究对象,基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型对多孔闸室及上下游连接段内的三维湍流流动进行了数值模拟分析,对比了不同工况下各典型截面的速度矢量及流线分布,引入漩涡面积比对不同典型截面的流态分布进行了定量分析。结果表明：校核工况下多孔闸门及上下游连接段内水流的整体流速均大于设计工况,最大流速位于校核工况下闸门的底部截面,为9.3 m/s;校核工况下不同截面位置的漩涡面积比均大于设计工况,设计工况下漩涡面积比最大为18.85%,位于顶部截面,校核工况下漩涡面积比最大为21.18%,位于底部截面。     

轴流泵装置紊流数值模拟与性能预测

运用紊流数值模拟技术对包括转轮、导叶在内的轴流泵装置进行数值模拟.计算采用RNG紊流模型,通过SIMPLEC算法,采用有限体积法离散Navier-Stokes方程,计算了不同工况下轴流泵装置流定常流动和非常定流.通过计算预测了泵装置性能,并与模型试验结果进行了比较;通过与已有实验成果比较,得出计算结果与实验结果吻合较好,表明计算结果是可信的,数值计算方法是可行的.