多级离心泵级间导叶影响的CFD模拟

为了研究多级离心泵内部各级间的相互作用与影响,采用RNGk-ε紊流模型,基于CFD方法借助CFX软件求解雷诺时均N-S方程,对多级离心泵内部流动进行三维流动数值模拟,获得了多级离心泵内部流场,分析了多级离心泵流道内的瞬时流动特性.模拟结果表明:流型的均匀性对离心泵各级效率有明显的影响;首级叶轮室进口断面的流速分布对整体多级泵叶轮径向力的不平衡分布影响甚大,在设计工况下,随着离心泵叶轮级数的增加,叶轮室进口断面旋度增大,多级泵的效率也随之降低,叶片径向力逐渐增大;多级离心泵内各级叶轮进口旋度随流量增大而增大,而叶轮径向不平衡力随流量减小而增大.通过对多级离心泵内部流动特性进行三维数值模拟,掌握多级离心泵内部流动规律,可以为离心泵的水力优化设计等提供理论指导.     

进口肋条对离心泵定常流动影响的数值研究

为研究进口肋条对离心泵内部定常流动特性的影响,采用Fluent软件三维雷诺平均Navier-Stokes方程和k-epsilon湍流模型,对进口肋条对离心泵内部流动影响进行了定常数值模拟。对比分析了有、无进口肋条情况下不同流量点离心泵叶轮进口和叶轮中截面内部流场分布,揭示了肋条对离心泵的内部流动及水力特性的影响。数值模拟结果表明:进口肋条的加装对小流量点下离心泵内部流场的流动状态有明显的改善,提高了小流量工况下离心泵的扬程,拓宽了离心泵的高效运行区。     

水泵内部流动的数值模拟及叶轮的改造

采用κ-ε湍流模型,应用NUMECA软件对一离心泵内部的三维湍流流场进行了数值模拟,得到了离心泵内部流动的压力分布、速度分布及漩涡流动.并通过对其流动和水力性能情况进行分析,优化叶片对叶轮进行了改造,改善了叶轮内部流动,提高了其水泵的水力性能.改造后的泵内部流动数值模拟结果表明其流动和水力性能良好.     

基于CFD的离心泵全流场非定常流动特性研究

为了研究不同流量下离心泵全流场内部非定常压力脉动分布特性,采用RANS方法和SSTk-ω模型对泵内非定常流动进行了数值计算.研究发现,不同流量工况下离心泵扬程和效率计算结果与试验结果的最大偏差在4％以内,验证了数值计算结果与试验结果的良好一致性.数值计算结果显示:小流量工况下,在叶轮多个流道内发现漩涡结构.由压力脉动的...     

低比转速离心泵内部流场数值模拟

采用三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart—Allmaras湍流模型,对复合叶轮离心泵内部三维流场进行整机定常数值模拟,得到了复合叶轮离心泵内部流场的速度分布和压力分布。分析在不同流量点下复合叶轮和蜗壳内部流场,揭示离心泵内部的重要流动特征,证实了过流部件间相互作用引起的离心泵内部流场的不对称性。数值模拟结果表明,复合叶轮离心泵的整机数值模拟分析能够较准确地预测出离心泵内部的流场结构及性能参数。     

导流器对潜水泵性能影响的数值模拟研究

采用同一叶轮配两种导流器的方法研究潜水泵的性能,选用RNG k-ε湍流模型,利用FLUENT计算软件对潜水泵进行了全流道内部流场数值模拟.通过对导流器叶片工作面绝对速度矢量图和压力云图的分析,发现采用增大导流器长度、加大导叶片进口冲角和壁角等措施,可减少导流器内部流动能量损失、提高泵效率的措施.数值模拟结果与实测结果比较表明,用数值模拟方法预测潜水泵性能是可行的.     

压水室隔舌安放角对离心泵无过载性能的影响

为了实现离心泵的无过载性能、保证泵运行的可靠性,以IH-100-65-200型化工离心泵为研究对象,采用RNG k-ε模型对不同隔舌安放角的离心泵进行数值模拟,分析不同隔舌安放角下离心泵轴功率、扬程、效率及内部流场的变化规律,研究隔舌安放角对离心泵无过载性能的影响,并对数值模拟结果进行试验验证。研究结果表明:压水室隔舌安放角是离心泵无过载性能的一个重要参数,随着隔舌安放角的减小,离心泵的扬程和效率提高,扬程曲线变得平坦、易出现驼峰;喉部面积增加,使泵更容易获得饱和轴功率性能;流体在叶轮和蜗壳内的静压增加,速度梯度方向和流道方向较一致,减小了流体与蜗壳壁面的撞击损失。     

低比转速复合离心叶轮三维湍流场数值模拟及试验

为研究复合离心叶轮在改善小流量不稳定性方面的工作机理,采用考虑旋转和曲率影响的k-ε湍流模型对4叶片普通离心叶轮流道和24叶片的长中短叶片复合离心叶轮流道的内部湍流进行数值模拟,并与外特性试验结果作分析比较.结果表明:长中短叶片复合离心叶轮可以较好地消除射流-尾迹结构,改善低比转速离心泵小流量工作的不稳定情况;在全流量范围内,复合叶轮低比转速离心泵的效率和扬程都高于普通叶轮低比转速离心泵.文章提出的数值方法能较好地模拟复合离心叶轮内部湍流场的流动情况.     

径向导叶式多级泵单级叶轮切割的三维数值模拟

为探究径向导叶式压出室离心泵叶轮切割后性能的变化,基于N-S方程、标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对MD-280-42×4多级离心清水泵单级叶轮外径切割进行三维湍流数值计算,分析不同切割量下径向导叶式离心泵外特性和内部流动变化。结果表明:在设计工况(Q_d=0.078 m3/s)下,随着切割量的增加,径向导叶式离心泵的水力效率、轴功率均呈现下降趋势;在相同小流量工况下,随着切割量的增加,叶轮与导叶间隙和反导叶流道处流动损失逐渐减小,水力效率呈现上升趋势;在相同大流量工况下,随着切割量的增加,正反导叶流道流动均匀性受到较严重破坏,产生了较大的能量耗散,水力效率明显下降。       

气液两相多级液力透平的全流道数值模拟

以DG85-80五级节段式离心泵做液力透平,基于CFD软件,采用N-S方程和标准κ-ε湍流模型,选择Mixture多相流模型,利用SIMPLE算法,对其在纯水介质和气液两相介质时进行全流道数值模拟,得到透平的外特性曲线和内流场规律。结果显示:气液两相透平在最优工况点的压头、功率比纯水透平的高,而水力效率和质量流量较纯水透平的低;在最优工况点,随着级数增加,气液两相透平各级导叶、叶轮进出口压差增大,其内部压力分布的不均匀性增加,叶片工作面进口附近的漩涡区域减小;与小流量时的透平相比,大流量时透平各级叶轮、导叶内部的气体体积分数较大,透平叶轮出口附近的高含气率区域较小,各流道中气体分布的不对称性加剧。       

隔舌安放角对离心泵性能影响的分析

对比转数为195的单级双吸式离心泵,分别建立3个不同隔舌安放角时的蜗壳、叶轮及吸入室的三维模型,以这3种不同隔舌安放角的离心泵模型为研究对象,基于FLUENT软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用标准k-ε方程湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLE算法进行数值模拟,得到其流场分布,计算出模型进出口压力及流体对泵轴的力矩;在叶轮转速不变,进口速度变化的10个工况下,得出泵的流量-效率曲线。在此基础上,对比不同隔舌安放角时流场分布和特性曲线,发现隔舌处压力、速度分布及特性曲线变化均与隔舌安放角大小有关,得出设计工况隔舌安放角在33°时水力损失较小,模型泵的效率最高。     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

储水罐水位调节阀内部流场数值模拟及流道结构改进

针对某超(超)临界火电机组锅炉储水罐水位调节阀内部流场的漩涡问题,利用CFD技术对其内部流场进行仿真分析,得到该阀在不同开度下的漩涡的分布情况,为流道结构改进设计提供了依据。以扩大阀体内腔,减小阀体内壁边界倾斜度的原则对其流道结构进行改进,提出相应的改进方案,并对结构改进后的阀门在全开时的内部流场进行仿真分析,证明改进后的方案基本消除了漩涡。通过对流场数值模拟和流道结构改进为储水罐水位调节阀的结构设计提供了理论依据。     

节段式多级离心泵全三维湍流场的数值模拟

选取工业中常用的DF型多级离心泵作为研究对象,数值计算使用了FLUENT软件及其RNG k-ε湍流模型和多重参考坐标系,实现了节段式多级离心泵任意一整级（包括叶轮导叶在内）的全三维流场的数值模拟.模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动.液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低.计算结果得到了泵外特性实测值的验证.     

入口导流栅几何参数对高速泵诱导轮空化特性的影响

高速离心泵空化问题机理相对复杂,通常认为诱导轮间隙泄漏涡与回流漩涡是影响高速离心泵空化的主要原因。本文通过在诱导轮入口前增设导流栅来抑制旋转涡,达到提高离心泵空化性能的目的。采用RNG k-ε湍流模型,对带有矩形、椭圆形两种不同形状导流栅的离心泵进行全流场模拟,分析高速离心泵全流场数值计算结果,对比增置导流栅前后离心泵空化特性以及进口段流场。结果表明:带椭圆形导流栅的离心泵临界空化数有所降低,空化性能得到改善;增设导流栅后,诱导轮进口段旋转强度明显减弱,离心泵扬程均有明显提升,其中椭圆形导流栅方案较原方案提高了3%。     

多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析

为了探究离心泵内部非稳态流动引起的压力脉动现象及其特性,以某型多级离心泵为对象,建立了流场三维有限元网格.采用Fluent仿真技术,选用RNG k-ε湍流模型对离心泵流场进行非稳态数值计算,通过设置监测点,得到了不同位置处在每个时间步长下的压力值.运用FFT方法,对叶轮及蜗壳等主要流道监测点的压力脉动进行频谱分析,结果表明叶轮和蜗壳内的压力脉动主要集中在叶频及其倍频处,并且叶轮与蜗壳之间动静干涉对压力脉动有较大的影响.     

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,并根据模拟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。     

离心泵内变工况流动特性的数值研究

通过Fluent软件对某单级单吸涡壳离心泵内流动进行了变工况定常数值模拟,数值模拟值与实验值吻合良好。在此基础上分析流道内相对速度分布及总压分布情况。并探讨了轴向涡随流量的变化特征及叶轮与涡舌相对位置变化对流动的影响。数值模拟结果显示,随着流量的增加流道出口相对速度增加,总压降低,流道内轴向涡有所减小。靠近涡舌流道的流量较大,而远离涡舌的则较小。这种流动状态沿叶轮周向分布不均匀现象是普遍存在的,且在非设计工况下表现得更明显。     

基于能量梯度方法的叶片数对离心泵稳定性影响研究

为了提高离心泵运行效率和运行稳定性,研究了不同叶片数对离心泵内部流场以及外特性的影响,采用RANS方法和RNGk-ε湍流模型对离心泵的内部流场进行了数值模拟。数值计算结果与实验值对比发现,在设计工况下计算扬程的相对误差为1.0%,效率相对误差为4.9%。在此基础上采用一种用于分析流动稳定性问题的新方法——能量梯方法对流场数据进行处理,获得不同叶片数离心泵内能量梯度K函数的分布。研究结果表明:在大流量工况下,当叶片数为5时,效率最高,稳定工作区域大,综合性能最好;而在小流量工况下,叶片数对离心泵性能的影响不明显;从能量梯度K函数的分布,发现K函数在流道出口吸力面附近较大,这表明流动主要是先从叶轮出口吸力面开始失稳的。     

叶片包角对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片包角β对离心泵空化性能的影响,以100MP200单级单吸离心泵为模型,在保持其他叶轮几何参数不变的情况下,设计了4种不同包角β的叶轮,基于完全空化模型和RNGk—ε湍流模型对离心泵进行数值模拟,分析不同包角下叶轮流道内的空化性能和空泡体积分布规律。结果表明:叶片包角β对离心泵的扬程和效率有明显相关性,在叶片包角β=160°时具有最佳的扬程和效率;最佳包角为β=160°的叶轮具有最佳的抗空化性能,空化区域面积比其他三种包角叶轮有显著的减小。