高低折边叶片对旋流泵影响的数值模拟与试验研究

为提高旋流泵的扬程与效率,进行了高低折边叶片对旋流泵性能影响的数值模拟与试验研究。通过3种不同叶片的水力性能对比,分析了高低折边叶片对旋流泵性能的影响。选用Pro/E造型,采用非结构化网格,把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体来模拟旋流泵内部三维不可压湍流场。计算结果表明:旋流泵内部存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,高低叶片和折边叶片可以改善旋流泵内部流动情况,提高旋流泵的扬程与效率;在模拟的基础上,进行了试验研究,试验证明了模拟结果的正确性,高低叶片效率提高约3%,高低折边叶片效率提高约2%。     

高低叶片对旋流泵性能影响的试验研究

本文对现有的旋流泵叶轮进行研究分析后,对3种不同比转速的叶轮进行重新设计,通过改变成不同高度的叶片数,对旋流泵的性能进行试验研究,获得了旋流泵的高叶片数不同时对其性能影响的变化规律,并对变化原因进行了分析。结果证明,高低叶片能够减小水力损失,提高旋流泵的扬程和效率,特别是当旋流泵叶轮的叶片数为6片时,2个对称分布的叶片比其余4个叶片高的叶轮的水力性能要好;当叶轮的叶片数为8片或10片时,3个均匀分布的叶片比其余叶片高的叶轮的水力性能要好,效率提高约3%。     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。     

基于CFD对旋喷泵两种叶片结构的数值模拟及性能比较

采用封闭式叶轮结构,设计了长短复合式S型叶片和矩形流道断面叶片两种不同叶片结构的旋喷泵水力模型;利用ANSYS-CFX软件对两种水力模型的流场进行三维数值模拟,分别得到两种模型的压力场、速度场。通过对设计方案扬程、效率、轴功率的计算,分析了两种旋喷泵水力模型的性能特征。模拟计算结果表明:对于小流量旋喷泵的叶轮结构,矩形流道断面叶片的性能优于长短复合式S型叶片。     

新型圆盘泵叶轮设计及其性能预测

针对原有叶片圆盘泵扬程和效率较低的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改型,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵内旋转。利用Eulerian多相流模型、标准κ-ε湍流模型与SIMPLEC算法对改型前、后叶片圆盘泵进行数值模拟,得出改型前、后叶片圆盘泵在清水介质条件下的效率和扬程水力性能曲线,分析不同圆弧过渡角度及轴向伸出长度对泵水力性能影响,对比分析改进前、后叶轮的抗气蚀性能;并得出改进前、后叶片圆盘泵在固液两相流条件下的固相颗粒体积分布云图。结果表明:改型后的叶片圆盘泵模型不仅具有改进前叶片圆盘泵的优点,且效率、扬程及抗气蚀性能均高于改型前叶片圆盘泵。     

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。     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。     

切割型双叶片潜污泵设计和数值模拟

为解决污水处理用排污泵叶轮易堵塞、效率低等问题,设计了一种新型切割型双叶片潜污泵。分析叶轮特点,提出叶轮水力设计方法,并对泵进行了全流道数值模拟,得出了叶轮内压力、湍动能、流线分布等情况,从而分析出该泵内部流动的特点和通过能力提高的原因。基于性能预测方法对规定工况点的性能进行预测,验证设计方法的可行性。     

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。     

斜轴伸泵装置水动力数值计算与模型试验

为研究斜轴伸泵装置的水动力特性,基于ANSYS CFX软件采用RNG k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数对泵装置进行三维粘性湍流定常数值计算,计算区域包括叶轮、导叶和进、出水流道,共计算包括设计工况在内的9个工况点。计算结果揭示出该泵装置的内部流动特性,分析在叶轮旋转条件下斜15°进水流道出口断面的水力性能及其对叶轮进口断面相对高度位置的影响和叶轮受水流作用力的分布规律,并探讨水力矩的变化规律及翼型附近的相对流速分布,给出参考的叶轮名义安装高度取值范围(0.7～0.9)D。通过数值计算预测了模型泵装置的水力性能并与物理模型试验结果进行对比,预测的效率值和试验值最大绝对误差为5.01%,最优工况与设计工况时扬程的相对误差、效率的绝对误差均在3.5%以内。     

Numerical simulations of the internal flow pattern of a vortex pump compared to the Hamel-Oseen vortex

We did a numerical study of the internal flow field of a vortex pump. Five operating points were considered and validated through a measured characteristic curve. The internal flow pattern of a vortex pump was analyzed and compared to the Hamel-Oseen vortex model. The calculated flow field was assessed with respect to the circumferential velocity, the vorticity and the axial velocity. Whereas the trajectories of the circumferential velocity were largely in line with the Hamel-Oseen vortex model, the opposite was true for vorticity. Only the vorticity at strong part load was in line with the predictions of the Hamel-Oseen vortex model. We therefore compared the circumferential velocity and vorticity for strong part load operation to the analytical predictions of the Hamel-Oseen vortex model. The simulated values were below the analytical values. The study therefore suggests that a vortex similar to the Hamel-Oseen vortex is only present at the strong part load operation.     

Analysis of transient flow in a pump-turbine during the load rejection process

The transient flow in pump-turbines during the load rejection process is very complex. However, few studies have been conducted on three-dimensional (3-D) numerical simulation. Hence, we simulated 3-D transient turbulent flow in a pump-turbine during the load rejection process using the calculation method of coupling the flow with the rotor motion of rigid body. To simulate the unsteady boundary conditions, the dynamic closing process of the guide vanes was simulated with the dynamic mesh technology. The boundary conditions at the spiral-casing inlet and the draft tube outlet were determined using the user defined functions (UDF) according to the experimental data. The numerical results of the rotational speeds show a good agreement with the experimental data. Then, the complex transient flow in the pump-turbine during the load rejection process was analyzed based on the numerical results. The results show that there are severe unsteady vortex flows in the vaneless space near the conditions under which the hydraulic torque on the runner equals to zero. When the pump-turbine operates into the maximum reverse discharge condition in the reverse pump operating process, the unsteady vortex flows in the vaneless space are instantaneously impacted into the region between the guide vanes and the stay vanes by the sudden reverse flows. The formation and development mechanism of the unsteady vortex flow in the vaneless space is associated with the distribution characteristic of the velocity field.     

基于空化模型的多级离心泵汽蚀性能分析

应用Rayle igh-P lesset气泡方程建立离心泵空化模型,并与气液两相湍流控制方程耦合求解,得到了多级离心泵内三维湍流场及气液相分布,捕捉到气泡的初生、发展及冷凝过程。计算了不同流量下的离心泵的必需汽蚀余量并与实测结果进行了对比分析。     

旋流泵内颗粒分布特性及对泵性能的影响

基于Eulerian多相流模型和RNG κ-ε两方程湍流模型对旋流泵内的液固两相流场进行了数值模拟,获得了不同粒径、浓度时泵内的颗粒分布特性及对泵性能的影响。研究结果表明:固体颗粒进入泵内后主要集中于无叶腔内,无叶腔中的颗粒分布以泵轴为中心呈现一定的轴对称分布,随着粒径的增大,颗粒在无叶腔内壁面聚集的更加明显,随着浓度的增大,颗粒在无叶腔内的分布规律几乎没有变化,随着流量的增大,无叶腔中心部分颗粒浓度几乎不变的区域扩大;在叶轮内,叶片工作面附近的颗粒浓度要大于叶片背面的;随着粒径及浓度的增大旋流泵的效率会降低,随着粒径的增大泵的扬程会降低。     

带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场的数值模拟

对带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场进行数值模拟。计算采用雷诺时均方程和修正了的 湍流模型,在压强连接的隐式修正法(SIMPLE—C)建立的压力速度校正方程基础上,利用贴体坐标系和交错网格技术进行计算。计算结果揭示了带分流叶片离心泵叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布规律,并对增加分流叶片后叶轮内部的流动状况进行了分析和研究,研究结果将对带分流叶片的离心泵进行性能预测和优化设计有指导 意义。     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,根据模拟计算结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

联体泵-马达壳体内流场功率损失特性

联体泵-马达工作过程中由于流场功率损失过大,造成摩擦副磨损、压力供给不足、旋转部件发热等问题,降低整机的可靠性和寿命。采用了Mixture多相流模型及自编程的网格变形运动控制程序,建立了联体泵-马达壳体内部流场功率损失特性数值仿真模型。通过分析连体泵-马达壳体内油-空气两相流场中涡结构和湍流参数,揭示了壳体内流场功率损失产生机理及分布特性,并研究了转速和泵斜盘倾角对功率损失的影响规律。结果表明:流场涡结构及湍动能较高区域均集中在柱塞及缸体转动区域,该区域的搅拌损失占比为98.91%,湍流耗散损失占比为60.66%,是壳体内流场功率损失主要来源区。转速的增加导致流场湍动能升高,流场总损失增加;转速从955 r/min增大至3000 r/min后,流场总损失增加了1441.36 W。泵斜盘倾角的变大,使马达侧转速增加,流场更紊乱,流场总损失增加;泵斜盘倾角从0°增大至17.5°,流场总损失增加了1077.04 W。     

液压锥阀内部流场的可视化分析

利用Fluent计算流体软件对液压锥阀的内部流场进行分析,经对阀芯不同开口量的可视化分析,采用标;住紊流模型模拟了内部流体的流动状态及漩涡的产生区域,并对其稳态液动力进行了分析,可为阀的整体性能和结构优化提供参考依据：     

Numerical study on the internal flow characteristics of an axial-flow pump under stall conditions

When an axial-flow pump works in low flow rate conditions, rotating stall phenomena will probably occur, and the pump will enter hydraulic unsteady conditions. The rotating stall can lead to violent vibration, noise, turbulent flow, and a sharp drop in efficiency. This affects the safety and stability of the pump unit. To study the rotating stall flow characteristics of an axial-flow pump, the steady and unsteady internal flow field in a large vertical axial-flow pump was investigated using 3D computational fluid dynamic (CFD) technology. Numerical calculations were carried out using the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) solver and Menter's shear stress transport (SST) k-ω turbulence model. Steady flow characteristics including streamline, velocity vector, pressure and turbulent kinetic energy are presented and analyzed. Unsteady flow characteristics are described using post-processing signals for pressure monitoring points in the time and frequency domains. Using Q-criterion, the locations and evolution rules of the core region of the vortex structure in guide vanes under deep stall conditions were investigated. The reliability of the numerical simulation results was verified using the experimental prototype pressure fluctuation test. In this way, typical flow structure and pressure fluctuation characteristics in an axial-flow pump were analyzed, with contrastive analysis in design condition and stall conditions. Finally, the mechanism of low-frequency pressure fluctuation in a pump unit under the stall condition was revealed.     

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。