多工况下粗糙度对离心泵进口流动机理研究

为研究水力机械过流部件表面粗糙度对离心泵性能的影响机理,利用ANSYS CFX软件在0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、和1.0Q_d工况下5组不同的粗糙度时进行离心泵流场数值模拟。研究表明:进口压力为25.019 kPa和工况为0.4Q_d时,粗糙度对同一监测点的影响程度最大;在粗糙度R_a=12.5～36.27μm时,可减少轴向速度的减小速率;在粗糙度R_a=0～12.5μm时,粗糙度有一定的减阻作用,且可以降低回流漩涡强度,使速度趋于均匀化,同时改善空化性能,在R_a=6.3μm时的抗空化效果最好。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

叶片翼型在气—水流场中流动特性的差异

现代水力机械叶片设计时采用的翼型大多为空气动力学翼型,而较少关注水流场与空气流场的差异及流质改变对翼型流动特性的影响,因此选取七种翼型,基于CFD软件,在高雷诺数、小攻角下,对翼型在水、空气两种流场中绕流的升阻力、表面涡量分布、速度场进行二维数值模拟计算,并分析了两种流场中的差异,提出了水、空气两种流场中升力、阻力系数的差异修正系数,推导了以水(气)流场试验数据表达的相同条件下气(水)流场运动方程。结果表明,气流场、水流场的差异对翼型升力系数的影响较小,对阻力系数及升阻比的影响较大;水流场中,翼型表面涡量不存在较大波动,分布更为均匀稳定,且分离点位置集中于翼型中段;水、空气流场的尾流低速区域面积之比能够较好地反映阻力系数的差异修正系数。研究成果可用于指导不同流场中的翼型设计。     

坡型孔板孔径对高速泵进口段流动特性影响

为分析坡型孔板不同孔径对带诱导轮离心泵进口段流场及外特性影响,设置0.8R、1.0R、1.4R和1.6R(R为孔板半径)4种不同孔径的坡型孔板,基于ANSYS-CFX软件在0.6、0.8、1.0和1.2设计流量工况下进行数值模拟。结果表明:坡型孔板孔径的减小能够增强对进口段轴向回流的约束能力,但同时将加剧内部旋涡的产生与扩大;孔径为1.0R、0.8R的坡型孔板能够较好抑制进口段回流漩涡,在一定程度上提高水力性能。     

叶片包角对低比转速离心泵固液两相流动的影响

为了探索叶片包角对低比转速离心泵固液两相流动的影响,采用Mixture多相流模型,利用CFX对4种不同叶片包角的低比转速离心泵进行了固液两相湍流数值模拟,分析了固液两相流中颗粒体积分布规律及速度变化规律。研究表明,在相同的泥沙含量条件下,随着叶片包角的增加,效率有所上升,叶片包角在φ=150°时效率达到最优;同时,随着叶片包角的增加,固体颗粒有从叶片工作面向叶片背面迁移的趋势,叶片工作面上的固体颗粒主要聚集在叶片高度的0.035 2处,叶片背面上的固体颗粒主要聚集在叶片出口处;随着包角的增大,叶轮内的固液两相速度差越来越小,流动更加均匀;叶片背面的固相速度在φ=160°、叶片高度为0.03时最大,为15.2m/s。     

文丘里型进口段参数对高速泵流动特性影响

为研究文丘里型进口段参数对于高速离心泵流动特性及水力性能的影响,选择圆弧段半径r、直线段长度L以及进口段最小内径D 3个进口段参数,每个参数取3个水平,正交组合确定模型方案。采用ANSYS-CFX软件进行三维流场模拟,对比分析了小流量工况下各参数对泵体效率及扬程的影响、进口段流场分布情况以及多流量工况下效率、扬程曲线的变化。结果表明:进口段最小内径D对于高速泵流动特性影响较大;文丘里型进口段在小流量工况下能有效抑制诱导轮入口处回流的扩散,在一定程度上提高水力性能,但同时会加剧进口段内部旋涡的产生。