双流道泵内非定常流动数值模拟及粒子图像测速测量

为探讨双流道泵内部的非定常流动机理,采用Fluent软件,基于滑移网格技术、 湍流模型计算了一双流道泵在不同工况下的内部流动,并将计算结果与粒子图像测速仪(Particle image velocimeter, PIV)实测结果进行比较。结果表明：计算所得双流道泵内部流场符合叶轮机械内部流动的一般规律,且与PIV实测结果总体变化趋势一致;由于双流道泵结构特殊,其进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,出口处的流动状态与普通叶轮类似;叶轮进口处,流体基本沿流道吸力面流动,流道工作面上的相对速度很小,存在严重的脱流和旋涡;叶轮出口处,压力面和吸力面的速度趋于相等,射流—尾迹现象并不明显;由于叶轮—蜗壳动静干涉,两个叶轮流道内的静压分布有所不同;同一流道内,静压随着半径的增加而逐步增大,压力面侧静压大于吸力面侧;蜗壳流道内静压随半径增大,最大静压值在隔舌处。此项研究不仅加深了人们对双流道泵内非定常流动图画的理解,从而进一步完善双流道泵设计方法,同时也可为其他类型泵的内流研究提供借鉴。     

导叶与隔舌相对位置对离心泵内外特性的影响

为研究导叶相对隔舌不同位置对离心泵性能的影响,采用CFD计算方法对离心泵导叶与隔舌不同夹角进行数值计算。对导叶与隔舌夹角α从0⁴0°变化下离心泵外特性和内流场进行分析,结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大,扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势,20°附近达到扬程和效率的最大值;而在α增加的过程中,蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同,叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化;在隔舌附近,α为040°变化下离心泵外特性和内流场进行分析,结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大,扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势,20°附近达到扬程和效率的最大值;而在α增加的过程中,蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同,叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化;在隔舌附近,α为0⁴0°,导叶背面低速区减小并逐渐消失,而隔舌与导叶间低速区的变化规律与之相反。     

HDMG型高压五级离心泵设计及数值模拟

设计了一台HDMG型高压五级离心泵,阐述了其结构设计和水力设计过程,基于N-S方程和SST κ-ω模型,采用CFX软件对该泵内部流动进行了三维数值模拟,并分析了不同流量下反导叶内液体流动情况及其湍动能分布。结果表明,该泵设计良好,达到了预期性能要求。     

基于正交试验的光伏水泵性能优化

以光伏水泵为研究对象,基于试验测试和理论分析建立光伏水泵出水量计算预测方法。采用正交试验设计优化方案,选取泵叶轮结构参数为优化变量,通过数值模拟和试验研究的方法,对该光伏水泵的性能进行优化和试验验证。结果表明：经优化后,光伏水泵系统的最低出水值下降至330 W/m²,水泵每日工作时长提升;光照辐射强度稳态时的泵出口压力脉动相较优化前有小幅提升,光照辐射强度瞬态变化时泵出口压力脉动波动幅度更平稳;优化后的模型泵叶轮进口低压区面积明显减小,叶轮出口压力显著增加,同时叶轮流道内速度分布更为均匀。     

湍流模型在离心泵偏工况性能预测中的适用性分析

选取5个不同比转数的优秀离心泵水力模型作为研究对象,使用Fluent软件中的5种两方程湍流模型进行离心泵非设计工况下的数值计算,并将计算结果与试验值进行对比分析.研究表明:在低比转数和高比转数离心泵的非设计工况中,SST k-ω型能够得到比较小的误差,最小误差不超过1％;对于中比转数离心泵,小流量工况下,RNG k-ε模型的计算结果最接近实验值,大流量工况下,SST k-ω模型的误差最理想,其最小值为0.2％,最大值不超过4％;5种湍流模型所计算的涡量大小分布规律比较类似,但是湍流强度分布有明显区别,RNG k-ε模型在蜗壳扩散段处的湍流强度特征不是十分明显.通过分析,建议在离心泵非设计工况的数值模拟中采用SST k-ω模型.     

喷淋泵流道式导叶型线的水力优化设计

以流道式导叶内损失最小、效率最高为目标,对1 000 MW级核电站用喷淋泵流道式导叶型线进行水力优化设计。单级优化结果表明,流道式导叶采用均匀过渡的外缘型线时,流动损失小,波动持续区域较短,有较长的压力平缓变化区域;所设计的四种外缘型线中D的导叶模型扬程最高、效率最高,导叶内部流动转化过程均匀,从过渡段到出口部分,压力持续平稳。利用分析所得的最优方案重新绘制流道式导叶,对整机进行数值验证,分析表明导叶内的流动损失降低了40.6%,效率提高了7.71%。     

高温熔盐泵散热器的数值优化与热分析

为提高高温熔盐泵散热器的散热效果,对影响散热器散热面积的重要因素——散热孔的直径和数量进行了数值优化,并将数值模拟得到的热载荷加载到结构体上,分析了热载荷下的热变形。结果表明:散热孔直径为12 mm、散热孔数量为6时,散热流体的流动均匀稳定,泵轴和散热器的综合散热效果较好,最终泵轴顶端的平均温度可降到440 K,散热器顶端的平均温度可降到417.5 K,满足散热需求;泵轴热变形量较小,最大值为0.46 mm,散热器的变形量较大,最大值为2.37 mm,加工时必须考虑材料的热膨胀和热变形。     

基于流固耦合的导叶式离心泵强度分析

运用顺序耦合和双向流固耦合方法对导叶式离心泵进行了强度分析。通过顺序流固耦合方法,对叶轮进行了静应力强度分析,并与双向流固耦合方法得到的结果进行了比较。同时,对双向流固耦合结果中最大等效应力节点A和最大变形区域的节点B在叶轮旋转一周过程中的等效应力变化的时域图以及频域图进行了分析。结果表明,最大等效应力出现在叶轮前盖板、叶片背面和叶轮出口边的交界处（节点A）;叶片进口边中部以及与前后盖板的交界处和叶片出口与后盖板的交界处这些地方有应力集中,可能发生强度破坏。后盖板出口处且正好在流道中部位置变形最大（节点B）,可能发生刚度破坏。对于静力学分析,顺序耦合与双向耦合的结果基本一致。节点A的变形量小于节点B,但交变应力的幅值却远大于节点B。疲劳裂纹的扩展速度主要取决于交变应力幅值的大小,因此,在节点A处更易发生疲劳破坏。计算结果对导叶式离心泵叶轮结构优化设计提供了有效依据。