双吸离心泵叶轮空化流动预测的数值分析

基于CFD数值模拟和外特性试验并重的方法,结合RNG k-ε湍流模型、欧拉两相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用非结构化网格和SIMPLEC算法,对一台单级双吸泵内的空化流场特性进行多工况下的定常数值研究,得到以下主要结论:不同流量泵内部空化发展速度不同,小流量发展速度较慢,各阶段空化数相对较小,大流量时空泡发展速度更快;液体流经双吸式叶轮结毂处与双涡壳隔板起始端时会产生液体之间或液体与固体之间的相互作用,导致流体液流角发生变化,出现脱流与漩涡,使这些位置及附近区域由于能量耗散造成压力减小,进而导致空泡析出;此现象在0.6Q_d工况下最明显,说明小流量工况液流角更易发生变化。     

基于比面积调控的核主泵动静叶栅数值优化研究

核主泵动静叶栅的参数匹配对水力性能有显著影响。为了提高核主泵整机效率,本文基于动静叶栅几何参数的匹配关系,采用正交试验方法,选取调控比面积的三因素及三水平,探讨比面积对泵水力性能的影响机制;基于各因素平均值,综合考虑叶轮和导叶几何参数及其交互作用对扬程、效率影响的显著性,确定最优组合方案。研究表明:比面积对扬程和效率影响显著,ξ取0.835时,动静叶栅几何参数达最优匹配度,此时扬程和效率均达峰值点。导叶叶片前缘区域,ξ对液流速度的影响较显著,导叶内部速度值呈线性下降趋势时,导叶叶片对液流的控制力较强。当ξ取0.835时,CFD验证导叶水力损失达最小值。获得最佳比面积ξopt为0.835,动静叶栅内部水力损失最小,提高了核主泵整机性能。研究结果为核主泵动静叶栅水力设计,提供了理论依据。     

核主泵水力性能数值预测的缩比效应研究

为提高核主泵的整体水力性能,实现与屏蔽电机的最优匹配,基于缩比模型换算法,选取RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对核主泵进行非定常数值预测及外特性试验。结果表明:在0.4Qd~0.7Qd流量工况下,扬程-流量曲线较为平坦;额定工况下,扬程预测值较额定值高5%,叶轮扬程最大值在0.4Qd工况点,水力效率最大值在0.9Qd工况点,叶轮水力效率模拟值较试验值高5%;小流量工况下,导叶水力损失呈以0.4Qd工况点为中轴线的正态分布,水力损失最大值在0.4Qd工况点;大流量工况下,导叶水力损失最小值在1.1Qd工况点。压水室水力损失符合正弦波分布规律,波峰在0.4Qd工况点附近,波谷在0.9Qd工况点附近。     

叶片扭曲对离心泵叶轮水力性能的影响

在分析离心泵叶轮结构特点的基础上,考虑不锈钢叶轮的冲压及焊接工艺等方面,采用了带有锥度的前盖板和S形的扭曲叶片,并研究了离心泵冲压焊接扭曲叶轮水力设计方法.通过CFD对比了扭曲叶片和直叶片表面静压分布规律,结果表明在小流量工况时非设计工况下,直叶片进口背面有明显的负压区,很容易发生汽蚀.采用扭曲叶轮设计方法,在相同条件下泵的扬程提高了1m,效率提高了2%.     

基于分离涡模拟的核主泵全工况水力性能计算精度研究

为了研究分离涡模拟模型对核主泵水力性能预测精度的影响,在六面体结构化网格的基础上,采用基于SSTκ-ω的分离涡模拟(DES)、延迟分离涡模拟(DDES)和改进的延迟分离涡模拟(IDDES),分别进行全流量工况条件下的非定常数值计算,并与RNGκ-ε模型的计算结果作对比,从相对计算误差的大小和离散度2个方面对4种湍流模型的计算精度进行综合评判。研究结果表明:各分离涡模拟模型在全流量工况点的综合计算精度远高于RNGκ-ε模型;DDES和IDDES模型在全流量工况条件下的计算精度基本一致,并且都高于DES模型;DDES模型在设计工况点附近的计算精度明显优于IDDES。综合比较来看,DDES模型更适用于核主泵的性能预测。