基于二次回归正交组合设计低比转速离心泵叶轮的优化设计

为改善某低比转速离心泵的水力性能,运用二次回归正交组合方法设计试验方案,选取7个主要的叶轮几何参数作为研究因素,包括叶轮出口直径D_2、叶片出口宽度b_2、叶片出口角β_2、叶片包角ψ、叶片数Z、短叶片前缘周向偏置度θ_1和短叶片尾缘相对周向偏置度τ_1,利用CFX对试验设计方案进行定常数值模拟计算,基于试验方案模拟结果建立以扬程和效率2个响应的二次多项式回归预测数学模型。分析结果表明:叶片数对该离心泵扬程和效率影响最大,叶轮出口直径的变化相比其他因素对泵扬程和效率的综合影响更加突出,基于二次多项式回归数学模型频率分析法筛选出的最佳优化方案达到了预期的优化效果。     

混装不同叶轮的多级离心泵驼峰性能研究

针对多级离心泵小流量区域的扬程易产生驼峰、运行不稳定的问题,提出了一种不同水力的叶轮进行混装的改进方案,并通过对比试验对改善扬程驼峰的有效性进行了验证,结果表明：通过叶片数为5、出口宽度为23.7 mm的A叶轮与叶片数为3、出口宽度为33.6 mm的B叶轮进行混装,较好地改善了多级离心泵小流量区域的扬程驼峰;效率为76%的A叶轮与效率为75%的B叶轮混装后泵效率为75.7%,不会因改善驼峰而牺牲泵的效率;相较传统的通过改变单个叶轮水力模型的叶片数、叶片出口角、叶轮出口宽度等参数来改善扬程驼峰的方法,更加方便灵活,且不会因改善驼峰而牺牲泵的效率。研究结论可为改善多级离心泵扬程驼峰的设计方法提供参考。     

离心泵S形叶片流动特性及水力性能分析

对离心泵而言，叶片出口角β₂是影响泵性能的一个重要参数。基于Fluent离心泵全流场数值模拟，对某型号低比转数离心泵进行了大出口角叶形的改形设计，研究了不同大出口角对离心泵水力性能的影响，并对比分析了原模型泵与S形叶片离心泵水力特性及流动特性。结果表明：离心泵扬程随着出口角的增大而增大，在出口角为90°时达到最大值。当出口角为90°时，S形叶片的水力性能最佳，在设计工况下及大流量工况泵扬程显著提升且效率有小幅度提升，但小流量工况下泵效率略有下降。S形叶片可以有效抑制离心泵叶轮内的边界层分离现象，且随着流量的增大抑制效果越明显。     

基于CFX正交试验的深井离心泵导叶的优化设计

为提高深井离心泵的水力性能,针对100QJ16型深井泵,按照L9(34)正交表,选取空间导叶的进口冲角、包角、叶片出口安放角和叶片数等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶模型,并分别与同一个叶轮装配。基于CFX软件,对两级模型泵进行了全流场数值模拟,获得9组方案在额定工况下的扬程和效率。采用极差分析法分析了各几何参数对扬程和效率的影响规律以及影响空间导叶性能的主要因素和次要因素。空间导叶进口冲角和叶片包角对两级泵的扬程和效率的影响较大。将优化方案进行了样机试验,其效率达到了设计要求。     

叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响研究

为了研究叶片包角对高比转速离心泵空化性能的影响,本文基于CFturbo和UG软件,利用CFX中的RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对比转速为185的离心泵分别探讨其叶片包角为90°、95°、100°、105°、110°时该离心泵的空化特性。结果表明,叶片包角对高比转速离心泵外特性有显著的影响,其泵的扬程随叶片包角的增大而减小,且小流量时随包角的增大效率增加,大流量时则反之;同时随叶片包角增大,进口低压区的面积增大,进口空泡体积分数减小,离心泵的内部流动更加平顺光滑,叶片背面的旋涡消失,叶轮流道内的流线越趋于叶片的形状;叶片包角大小与离心泵的进口湍动能呈负相关;说明包角越大,高比转速离心泵的抗空蚀性能越好。     

叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能的影响

为了探究叶片曲率半径变化对离心泵叶轮内部流动特性以及对叶轮水力性能的影响，采用基于RNG k-ε湍流模型对某型号离心泵进行定常数值计算。在原模型的基础上，将叶片出口角在17°～23°区间内进行变化以改变叶片中后部的曲率半径大小，并在分析叶轮内速度场和压力场变化的基础上探讨叶轮水力性能发生变化的原因。结果表明：减小叶片出口角，能够有效地减小叶片中后部的曲率半径，但对叶轮扬程减小的幅度有限，最低扬程仅比原模型计算值减小了0.43%;而叶片中后部曲率半径的减小，能够有效地减小叶片两侧压差，从而进一步降低叶轮的轴功率，最小轴功率比原模型计算值降低了1.12%,最终可使叶轮的水力效率提高0.61个百分点。     

混流式核主泵流场数值分析与试验研究

本文根据某核电站主冷却剂泵的水力优化设计,研究了在改变叶轮叶片进口安放角减小10°的条件下进行数值仿真分析。主要在参考泵叶轮基础上进行了叶片结构改进,并就新的叶片结构进行了数值分析,相应的性能参数值比要求值均有了一定的裕度。其中,数值效率和对应的扬程比参考泵叶轮分别提高了0.6%和22%。针对主泵水力部件模型,对改进设计后的水力部件按照相应的标准分别进行了水力模型的效率试验、空化试验以及压力脉动试验,同时按照试验结果换算出了目标主泵的水力性能。     

基于正交设计法的中比转速泵无过载优化设计

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,选取导叶喉部面积、叶片数、叶片包角、叶轮出口直径、叶轮出口宽度、叶片出口角、叶轮进口直径7个参数为变量,运用正交设计法制定七因素三水平正交方案L18(37),借助数值模拟方法对泵的性能进行预测,通过分析得到了几何参数对中比转速离心泵性能影响的主次顺序:叶片数对扬程和效率的影响起主要作用,叶片包角对轴功率的影响起主要作用;正交优化方案的数值模拟结果表明,该方案既满足无过载性能的要求,又保持了较高的效率,可为中比转速离心泵无过载设计提供参考。     

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。     

基于两工况优化离心泵

基于离心泵基本理论，提出一种基于两个工况点的针对离心泵的优化方法，使离心泵在保证设计工况点扬程以及效率不受影响的情况下，优化另一工况点的扬程与效率。利用离心泵的基本原理，理论扬程-流量计算公式和扬程-流量计算公式，针对计算离心泵的两个几何参数：离心泵进口直径D1以及出口处叶片与盖板的夹角λ2,推导得到基于两个工况点的计算式。又采用m91-50型离心泵进行两工况优化设计方法验证，根据推导得到的两项离心泵几何参数计算式计算得到的离心泵进口直径和出口处叶片与盖板的夹角，建立新叶轮与原蜗壳并且建立三维模型。利用ICEM软件进行网格划分，CFX进行数值模拟，得到该离心泵在两工况点下的数值模拟结果。根据得到的仿真模拟结果，经过优化的叶轮在两工况点的扬程误差在4.7%和3.7%,误差均在5%之间，证明了该优化方法的可行性。     

基于CFD的低比转速离心泵的优化设计

本文以GS400型号离心泵为优化对象,采用CFD数值模拟计算方法,通过选取叶轮出口直径、出口宽度、叶片进口角、出口角为优化设计变量,得到了优化设计下该型号离心泵的效率和扬程,对该型号离心泵的性能优化和运行稳定性提高具有一定的参考意义。     

叶轮不同叶片对离心泵内流道流场的影响

对离心泵进行三维建模,并对内部流场进行数值模拟.采用"仿真-实验"法验证了六叶片离心泵流场仿真的合理性,研究了叶轮上不同叶片数对内流道流场的影响.数值模拟原理为大涡模拟,通过网格直接模拟大尺度的紊流运动,同时,利用次网格尺度模型来模拟小尺度紊流运动对大尺度紊流运动所造成的影响.大涡模拟可以获得雷诺时均模拟法无法获得的流场细微图像.模拟结果表明:离心泵叶片数量过多,会使叶片表面摩擦力做功加大,使得离心泵出口处的总功减少,从而降低离心泵的扬程和效率.经过模拟实验研究分析发现,当叶片数为5时,离心泵流场的综合性能最好,运行效率最高,湍流强度低,流场稳定性最好.     

叶轮背叶片与盖板的间隙对平衡轴向力的影响

选用带有背叶片结构的IH100-65-250化工离心泵为计算模型,利用SolidWorks对五种不同背叶片与盖板间隙δ的三维实体进行分组建模,基于RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对离心泵的轴向力和水力性能进行数值模拟。数值模拟所得到的F-δ曲线与试验结果吻合较好,验证了计算方法的准确性。研究表明:背叶片与盖板的间隙大小对离心泵的轴向力和水力性能有一定的影响,随着间隙的增大,效率和扬程都降低,轴向力先减小后增大;间隙过小时,离心泵内会产生与原方向相反的轴向力;为了使离心泵能够获得最佳的轴向力和水力性能,背叶片端部与盖板的间隙δ的合理取值范围为(0.8¹.2)mm。     

双吸泵叶轮叶片包角的研究

本文通过设计实例及对比试验表明，在双吸泵叶轮的水力设计中，加大叶片的包角设计，对提高泵的水力性能所起的作用；同时提出了一般离心泵叶轮叶片包角也可以适当放大的原则。     

双吸泵叶轮叶片包角的研究

用设计实例及对比试验说明，在双吸泵叶轮的水力设计中，加大叶片的包角设计，对提高泵的水力性能的作用；同时提出了离心泵叶轮叶片包角可以适当放大的原则。     

半收缩型扩散管结构对离心泵性能影响的数值分析

为了研究蜗壳扩散管半收缩度对离心泵性能的影响,获得最优水力特性下蜗壳扩散管的最佳收缩度,本文以比转速n_s为66的清水离心泵模型为研究对象,在保持其它参数均不改变的前提下,设计出5种不同半收缩度扩散管蜗壳,并建立水体模型,将5种不同方案的蜗壳与同一叶轮匹配进行数值模拟计算。结果表明,扩散管收缩度对离心泵扬程有显著的影响,在小流量区,扬程随收缩度的增大而增加;在大流量区,扬程随收缩度的增大而减小,且增大扩散管收缩度有利于改善水泵"驼峰"现象。在设计工况下,随扩散管收缩度增加,泵的效率曲线先上升后下降,效率存在最佳值,当效率最大时,扩散管的收缩度为X=0.33。研究结果为离心泵的水力设计及优化提供了参考。     

压水室当量扩散角对离心泵空化和效率的影响

在离心泵水力模型研究过程中,通常要分别对多个叶轮及多个压水室进行优化设计,然后相互配对组合成多个水力模型。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟进行筛选,再经过模型泵试验,最终确定水力模型方案。在叶轮不变以及安装试验条件不变的情况下,通过采用不同当量扩散角的压水室,来研究单级离心泵空化性能的变化。实验测试与数值模拟的结果均表明:压水室当量扩散角对离心泵性能有明显的影响。当量扩散角较大时,离心泵的水力效率较高,最高效率点流量较大;而当量扩散角较小时,离心泵的空化性能较好。     

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。     

叶片参数对离心泵关死点性能影响的试验分析

一直以来离心泵关死点扬程和功率都无法通过理论计算获得。以某比转数为92.7的离心泵为研究对象,试验测试了不同叶片出口角、叶片出口宽度和叶片数下关死点扬程和功率的变化规律。试验结果表明关死点扬程随着叶片出口角的增大变化较小,随着片出口宽度的增加一直增加,随着叶片数增加先减小后增大;3个参数对关死点功率的影响都比较复杂;3个参数对关死点性能的影响大小顺序为叶片出口宽度最大,叶片数次之,叶片数最小。研究结果对于现代离心泵的设计具有比较重要的参考意义。     

包角对中比转速泵流场及无过载性能的影响

以D82-19-2型中比转速离心泵为研究对象,根据无过载叶轮约束公式确定叶轮设计方案,选取四种叶轮包角（150°、170°、190°和210°）开展中比转速泵流场及无过载性能的模拟研究。与实验结果相比,模拟所得扬程、效率和功率值误差不超过9%,模拟方法可行。结果表明：当叶片包角由150°增大到210°时,叶轮进口压力提高24%,低速区面积扩大至整个叶轮流道的1/3,叶片对流体的约束能力及抗汽蚀性能增强,但叶轮出口压力降低,大包角下导叶的湍流损失加剧了动能损耗;功率备用系数由1.145减小至1.025,且功率曲线出现极大值,泵的无过载特性更显著,但扬程和效率分别下降了15.4%和4.48%。研究结果为中比转速离心泵的无过载设计提供了理论依据。