分流叶片对混输泵水力性能影响的优化分析

混输泵作为输送海洋油气资源的关键设备，其输送性能直接影响油气开采效率和输送成本。因此，为探究分流叶片对混输泵流动特性的优化效果，本文采用ANSYS CFX软件对带分流叶片前后的混输泵在进口含气率为5%、10%和15%工况下进行数值模拟计算。结果表明：在含气率分别为5%、10%、15%时优化后混输泵单级扬程增加了18.9%、23.5%、24.2%，分流叶片的存在显著提升了混输泵的增压性能，改善了含气率对叶轮内液相速度分布规律的影响，抑制了叶轮内气相聚集现象的发生，使得叶轮内气相分布更为均匀。此研究结果为优化混输泵性能提供了参考。     

叶片式气液混输泵径向力与流态的相关性规律

气液混输是石油天然气开采运输中的核心技术,叶片式混输泵具有结构紧凑、运行工况宽、耐磨损等优点。本文基于数值模拟研究了4种进口含气率（0%,5%,10%,15%）下,混输泵叶轮和导叶的径向力与气相流态的相关性规律。在进口液相下,叶轮和导叶径向力中心位于坐标原点,随着进口含气率增加,叶轮和导叶径向力的偏心程度不断增大。叶轮和导叶径向力的主频跟叶轮转频和叶片数相关,随着进口含气率增加,叶轮和导叶径向力的主频幅值增大。混输泵各流道内流体分布不均匀,气体主要聚集在轮毂处,叶轮尾缘处的“气带”进入导叶流道发展形成“气囊”,其发展周期与径向力的主频相关。不同流道之间的气体体积流量变化存在相位差,同一时刻各流道中的气体含量不相等,使得各叶片的受力不均匀产生了径向力。随着进口含气率的增加,气团的发展周期变短,主频增大。     

叶顶间隙对螺旋混流式喷水推进泵内流及推进特性的影响

喷水推进泵是舰船泵喷推进系统的核心部件，喷水推进泵在工作过程中，叶顶间隙处所产生的泄漏流会严重影响混流泵的工作性能。为了探讨叶轮叶顶间隙对喷水推进泵推进特性的影响，本文定义了叶顶间隙系数τ,设计了六种不同叶顶间隙系数模型并使用Ansys进行仿真分析，最终得到叶顶间隙对于喷水推进泵内流以及推进特性的影响规律。结果表明：随着叶顶间隙系数的增大，叶顶间隙处泄漏流逐渐增加，泄漏涡影响范围变大，轴向推力随着叶顶间隙系数的增大呈负指数下降，叶顶间隙处泄漏量随指数上升，喷水推进泵内流损失增加，推进效率持续减小，并且在大流量工况下叶顶间隙对喷水推进泵推进特性影响最大，在设计的六套模型中，叶顶间隙系数为0.08,叶顶间隙为0.16mm时效率最高。通过本文的研究可以发现，叶顶间隙对于喷水推进泵内流以及推进特性影响较大，在设计时应尽量减小叶顶间隙。     

铝银电池电液循环泵气液两相流动特性仿真

为进一步了解气液两相工况下的铝氧化银电池电液循环泵内部流动特性,选取比转数ns=63.7的某型铝氧化银电池电液循环泵作为研究对象,结合CFD数值模拟技术,基于CFX软件中的Eulerian-Eulerian非匀相流模型,对泵内部流动特性进行仿真计算,得到不同进口含气率工况下的中截面压力、气相体积分数分布及流线分布。结果表明：随着进口含气率增加,电液循环泵内流体分布不均匀度增加,叶轮对流体做功能力下降;循环泵内气相分布主要集中在叶片工作面进口区域,随着进口含气率变大,部分流道会被气体严重堵塞,导致泵的流量、扬程产生剧烈波动;随着进口含气率增加,旋涡、回流影响范围逐渐扩大,在旋涡、回流及气液两相滑移的相互作用下,流道内流线分布十分紊乱,产生较大的能量损失,造成扬程及效率下降。     

设平衡孔时气液混输泵内部流动及轴向力分析

本文采用两相混合模型进行数值模拟计算,探究了不同进口含气率条件下,设置平衡孔对气液混输泵外特性、内部流动及轴向力的影响。研究发现：各工况条件下,设置平衡孔后该混输泵的轴向力均明显减小;从平衡系统回流的高压流体对转轮内部流动状态产生扰动,同时能破坏和夹带转轮流道内聚集的气泡;综合考虑对混输泵的性能和轴向力的影响,在较低进口含气率时采用平衡孔方法平衡混输泵轴向力的方法是可行的;平衡系统进出口压力系数随比面积系数增大而非线性减小,平衡孔的直径过大会导致混输泵的容积损失问题,因此平衡孔直径设计存在最佳值;对比发现平衡孔设在转轮叶片吸力面时转轮的轴向力幅值和脉动相对较小。研究结论可为后期多级气液混输泵平衡孔平衡轴向力系统的设计和优化提供思路和借鉴。     

叶片式气液混输泵研究进展综述

气液混输是石油、天然气开采运输的核心技术,叶片式混输泵具有结构紧凑、运行工况宽、耐磨损等优点。我国叶片式混输泵的研究起步晚,发展较慢,系统深入的研究相对较少,设计理论尚不成熟。叶片式气液混输泵的能量特性受入口含气率、转速及介质黏性的影响。本文总结了叶片式混输泵在不同运行条件下的混输性能,介绍了叶片式混输泵的结构特点,阐述了叶片式混输泵的设计方法和性能优化的研究现状,综述了叶片式混输泵内部的两相流态发展规律、气液相间力作用机理及压力脉动变化规律的研究进展,并对叶片式混输泵未来的研究方向进行了展望。     

叶顶间隙对半开式叶轮离心泵的性能影响研究

为探究叶顶间隙的改变对半开式叶轮离心泵外特性的影响，本文以一公开实验数据的半开式模型泵为研究对象，选取叶顶间隙δ分别为0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm和2.0mm九种方案，选取SST k-ω模型预测湍流，基于ANSYS-CFX对模型泵进行全流道数值模拟。通过CFD-Post对计算结果进行处理，得到不同叶顶间隙下离心泵扬程、效率、轴向力、轴功率四个参数变化情况以及不同叶顶间隙方案下间隙内流动情况，结合其曲线斜率、一阶导数值、内部流场情况进行深入分析，得出不同叶顶间隙下各参数的变化规律，为综合考虑各参数增长速度以及水泵应用的要求而设计半开式离心泵叶轮叶顶间隙值提供了一定的参考。     

贯流泵内部压力脉动特性的数值计算

压力脉动是影响贯流泵稳定运行的关键因素之一,本文采用大涡模拟对其内部流场进行分析总结,研究表明：压力脉动主要受叶轮旋转及动静相互干扰的影响;叶轮外缘与壁面间隙的存在,使小部分流体会从高压压力面流向低压吸入面出现回流,而加剧了压力脉动的影响,其幅值为进口压力脉动幅值的38倍;在大流量和小流量下压力脉动幅值均大于设计工况下的压力脉动幅值,导叶的整流特性减弱了叶轮压力脉动的影响;非设计工况下,在叶片进口边处,压力脉动幅频谱幅值最大,水力激振与叶轮旋转的影响相互叠加,在小流量下幅频谱幅值最大约为设计工况的1.5倍,在大流量下约为1.1倍。     

对角泵叶轮基本流态研究

在介绍对角泵基本特征的基础上,运用计算流体动力学方法,对一组对角泵叶轮的基本流态进行了数值分析,对不同叶片夹角的对角泵叶轮纵断面、出口断面速度分布及叶片压力面静压力分布特性进行了定性比较和定量计算.研究发现,对应于不同的叶片夹角,对角泵叶轮的能量性能差异很大.轴流泵叶片对角布置后,离心力的作用使对角泵叶轮的扬程提高.与对应的轴流泵相比,对角泵的最优效率点向小流量方向偏移,高效区变宽.过大或过小的叶片夹角都不利于叶轮效率的提高,应通过优化设计确定最优夹角.计算结果表明,叶片夹角为150°的对角泵叶轮能获得较高的流量加权平均效率.随着叶片夹角和流量的减小,对角泵叶轮的功率不是增加而是减小,功率特性由轴流泵逐步向离心泵过渡.     

大型立式混流泵装置水动力特性数值模拟

应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,对立轴蜗壳式混流泵装置的内部流动结构进行数值模拟。采用全隐式网格耦合求解,计算中考虑了叶轮叶顶间隙的影响。通过计算获得了泵装置全流场,分析了蜗壳出水室的流态和叶轮的水力特性,预测了泵装置性能并与试验值进行了比较。结果表明：蜗壳出水室内的流动为轴向流动与环向旋转的合成流动,静压分布较对称,出口断面轴向流速分布均匀度和速度加权平均角相对较低;叶片表面的静压分布呈现较为清晰的规律,叶片表面静压分布比较均匀,压力面的静压整体上比吸力面要高;随着流量的增大,叶轮承受的轴向力渐小,而径向力则先减小后增大;数值模拟预测的性能结果与试验的性能结果相比较,前者高于后者,趋势基本一致。     

多工况下混流泵叶轮非定常空化特性分析

叶轮空化是降低混流泵水力效率与使用寿命的重要原因之一。为进一步优化叶轮流道,改善混流泵的空化性能,基于计算流体力学方法对某混流式模型泵进行全流道汽液两相流非定常流动数值模拟,以分析0.5Q~1.0Q工况下混流式叶轮的空化特性。重点探究不同空化余量对空泡体积分数的影响,研究空泡的分布特点,捕捉空泡随时间的变化规律。结果表明,在叶轮背面进口边附近最先初生空化,体积组分大的空泡多集中于叶片头部,若空化余量足够低,整个叶轮流道将被空泡占据。随着流量的降低,混流泵的临界空化余量值有所下降,但流量越低空泡严重发展的速度越快,且空泡含量的变化成指数函数增加。     

偏工况下气液两相离心泵喘振特性

当离心泵在小流量工况运行且传输介质为气液两相流时，含气率达到某一值时，会发生喘振现象，导致泵的扬程突降。本文采用计算流体动力学分析方法对一气液两相流离心泵进行了研究，通过对外特性曲线进行分析，发现了学者们所提到的喘振现象。为了提高离心泵在气液两相小流量工况下的水力特性，引入一种空腔结构，分析其对气液两相离心泵内部流场的影响及喘振的改善作用。结果表明：在气液两相喘振工况下，空腔结构可以改善叶片正背面的压力分布，均匀气液两相在叶轮流道中的分布，有效减轻离心泵的气堵现象。因此，空腔结构不仅在结构上可以平衡叶轮、减轻泵的整体质量，还可以减轻流场中气液分离现象，避免喘振的发生，提高泵的水力性能。     

叶片安放角分布规律对液力透平性能影响研究

液力透平被广泛应用于高余压流体的能量回收.叶片安放角从叶片进口到出口的分布规律是关键部件叶轮设计的重要参数,具有不确定性和多样性.为研究叶片安放角分布规律对液力透平性能的影响,本文总结得到线性、下凹、上凸和3种形式多段线,共6种不同形式的叶片安放角分布规律.通过数值模拟和对比分析发现,6种方案的水头-流量曲线基本相同,...     

污水自吸泵固体颗粒的流动及分布规律研究

为了研究不同颗粒直径下污水自吸泵内固体颗粒的流动及分布规律,以65ZW30-40污水自吸泵为研究对象,基于Mixture多相流模型和RNG k-ε湍流模型,对污水自吸泵全流体域进行了固液两相流数值模拟分析。随颗粒直径的增加,泵的扬程和效率逐渐下降,当颗粒直径d = 0.20 mm时,扬程下降13.76%,效率下降12.14%,泵的性能显著变差。同时,分析了不同颗粒直径下自吸泵内固体颗粒的分布情况。结果表明：固体颗粒主要分布于叶片吸力面尾缘,泵体外缘以及回流孔底部区域。研究进一步揭示了当回流孔尺寸较大时,泵内颗粒分布较均匀,回流孔尺寸较小时,颗粒主要分布于回流孔两侧,叶片尾缘及叶片出口靠近压水室的区域,随回流孔尺寸的增大,颗粒体积分数较大的区域向压水室侧迁移,回流孔中心区域颗粒体积分数逐渐减小。     

空化对低比转速离心泵内流声特性的影响研究

为了研究空化对低比转速离心泵内流声特性的影响,采用数值模拟和实验测量相结合的方法,研究了其在不同空化数下的压力脉动和流动噪声特性,并对典型位置处的压力脉动频域特性及声压频率响应进行了重点分析。结果表明：随着空化的发展,泵内低频及宽频脉动加剧。临界空化时,1/6倍转频成为了叶轮进口处的压力脉动主频,蜗壳区域内叶频虽仍为压力脉动主频,但1/6倍转频已成为了较为显著的次频。动静干涉作用引起的压力脉动是流动噪声的主要噪声源。空化诱导的噪声为宽频噪声,且主要集中在1000 ~ 2000 Hz高频段内。叶轮旋转偶极子声源作用下的特征频率处声压级随着空化的发展而下降;蜗壳偶极子声源作用下的特征频率处声压级随着空化的发展而增大,且叶频倍频处特征频率逐渐被淹没在其高频宽频段中。该研究可为低比转速离心泵中探究流声特性变化规律、降低因空化而加剧的振动和噪声提供必要的依据。     

离心泵内诱导轮与叶轮轴向相对位置的探讨

离心泵内诱导轮与叶轮的轴向相对位置会对叶轮内的流动产生影响,从而影响整台泵的性能。为研究诱导轮相对叶轮不同轴向位置下离心泵内部的不稳定流动特性及其对离心泵水力性能的影响,本文以某单级离心泵为研究对象,采用数值模拟方法初步探讨了诱导轮相对于叶轮在三种不同轴向位置下离心泵的内部流动特性,分析了其外部特性、叶轮所受的径向力、水压脉动特性及空化特性等。结果表明,针对本文研究的三种轴向位置而言,离心泵的扬程和效率随诱导轮和叶轮间轴向距离的增大逐渐提高,扬程的最大值较最小值增幅达1.8%,效率变化达4.3%;诱导轮和叶轮间的轴向相对位置对叶轮和径向导叶间的相互干涉有影响,从而影响叶轮所受径向力的大小和方向;轴向距离从0.05D1增加到0.1D1时,离心泵的空化性能明显提高;从0.1D1增加到0.15D1时,空化性能变差;改变轴向位置直接影响叶轮进口压力脉动特性。     

高比转速轴流泵叶轮与导叶的正交试验优化

高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低.为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性.先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析,对参数化后的控制尺寸设置控制因素,以水力效率为指标设计正交试验,并对正交试验结果...