新型自吸离心泵数值模拟及试验研究

应用计算流体动力学软件Fluent对带导流器的射流式自吸离心泵内部流场进行了定常数值模拟,对泵内部流场的速度矢量、静压、总压分布及流动规律进行分析,预测了泵的效率,并与试验结果比较.数值模拟结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的内部流场速度矢量分布趋于平稳,新型导流器的两个出口压力分布均匀,各流道内的压力近似对称分布,泵在设计点数值模拟计算扬程比试验扬程提高6.9%,数值模拟计算效率比试验效率提高0.5%,数值模拟预测的性能曲线与试验性能曲线趋势一致.试验结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的性能曲线稳定、平坦,高效率区范围宽,各项技术指标满足设计要求,该泵的效率比国外同类型相同参数泵的效率提高了16.34%,同时泵体采用铝合金压铸,大幅度减轻了泵的重量,降低了泵的成本,设计合理,结构新颖,体积小,重量轻,运行可靠,操作方便.     

立式导叶自吸泵内部湍流的大涡模拟

采用大涡模拟方法,运用CFD软件CFX对设计工况下的立式导叶自吸泵内部三维不可压缩湍流流场进行数值模拟。得到了其内部流场的压力分布和速度分布情况,对立式导叶自吸泵内部流场的相对速度分布和压力分布进行分析,对模型泵进行性能预测,得到了性能预测曲线,并进行了性能试验,结合预测结果与试验结果进行对比,说明大涡模拟法能够较准确地预测立式导叶自吸泵性能和内部流动特性,为立式导叶自吸泵的设计研究提供参考。     

自吸旋涡泵内部流动分析

基于雷诺时均方程和k-ω双方程湍流模型,应用Fluent软件对自行设计制造的自吸旋涡泵内部流场进行数值模拟.压力与速度耦合求解采用SIMPLEC算法.在模型泵外特性试验和五孔管束形探针对泵体流道静压场测量的基础上,通过对比分析数值模拟和试验结果,解释了旋涡泵汽蚀及纵向、径向旋涡产生原因,得出了旋涡泵内部总压、静压和速度分布及变化规律,并给出了旋涡泵泵体流道内部压力随流量增加而减小,且沿圆周流道静压呈非线性递增的变化趋势.得到了旋涡泵压力及速度变化规律,为以后自吸旋涡泵的优化设计及应用提供参考.     

喷灌泵内部流场的数值计算及试验对比分析

基于雷诺时均方程及标准k-ε湍流模型,压力和速度的耦合求解采用SIMPLEC算法,应用Fluent软件对65ZB-40C型喷灌自吸泵内部流场进行了数值模拟,得到了其内部流场的速度分布和压力分布情况,并对其进行了详尽的分析,基本揭示了自吸泵内部流动情况。在模型泵外特性试验的基础上,将数值模拟和试验所预估的性能曲线进行对比分析,结果表明数值模拟具备了一定的可靠性。得到了泵内部压力及速度变化规律,为以后喷灌自吸泵的优化设计及应用提供参考。     

轴流泵多工况变速调节的内部流场模拟

为了研究变速调节下轴流泵的性能和内部流场特性,基于 ANSYS CFX 软件,采用ｋ－ε模型对模型泵多个工况点进行了三维湍流数值计算,计算得到了轴流泵的性能曲线和叶片表面的速度、压力分布。基于数值计算结果对轴流式模型泵性能和叶轮内部流场分析,结果表明：随着转速的增加,扬程曲线升高。效率曲线则随转速的降低而左移。在偏离设计工况的小流量区域,通过变速调节可以扩大轴流泵的高效工作区。     

自吸泵气液两相流数值模拟分

采用Mixture多相流模型、Realizable湍流模型与SIMPLEC算法,应用CFD软件Fluent对内混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行了数值模拟.通过分析不同含气率条件下流场的压力分布、速度分布、气相分布,探讨了气液两相介质在泵内的运动情况,一定程度上揭示了内混式自吸泵自吸过程的内部流场变化规律,为自吸泵的设计提供更多的参考依据.     

自吸旋涡泵内部流动分析

基于雷诺时均方程和κ-ω双方程湍流模型,应用Fluent软件对自行设计制造的自吸旋涡泵内部流场进行数值模拟．压力与速度耦合求解采用SIMPLEC算法．在模型泵外特性试验和五孔管柬形探针对泵体流道静压场测量的基础上,通过对比分析数值模拟和试验结果,解释了旋涡泵汽蚀及纵向、径向旋涡产生原因,得出了旋涡泵内部总压、静压和速度分布及变化规律,并给出了旋涡泵泵体流道内部压力随流量增加而减小,且沿圆周流道静压呈非线性递增的变化趋势．得到了旋涡泵压力及速度变化规律．为以后自吸旋涡泵的优化设计及应用提供参考．     

水泵水轮机泵工况转轮流场分析

基于三维定常N-S方程和标准κ-ε湍流模型,采用贴体坐标、结构化网格和基于有限体上的有限元法,对400 m水头水泵水轮机模型转轮泵工况进行内部流场模拟.通过转轮内部有限体上的速度、压力积分求解转轮扬程、净正吸出高度和效率,从而预测转轮泵工况的能量、扬程及空化性能,并对转轮的内部流速分布、涡分布和叶片压力分布进行了分析研究.     

高转速轴流泵性能及叶轮内湍流流场分析

为了探索高转速轴流泵的性能及内部流场特性,自行设计一转速为2 900 r/min的轴流式模型泵,并基于ANSYS CFX 11.0商用软件,采用κ-ε模型对模型泵多个工况点进行了三维湍流数值计算,计算得到了叶片表面的速度、压力分布.基于数值计算结果对高转速轴流式模型泵性能进行预估和叶轮内部流场分析,结果表明:高转速轴流泵最高效率较低,但效率曲线平坦,高效区较宽;叶片压力面存在小范围的径向流动.最后,提出对叶片进行优化设计的思路,为研发性能优良的高转速轴流泵提供一定的参考.     

高比转速斜流泵内部三维湍流场数值模拟的研究

利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,简称CFD)商用软件FLUENT中的标准湍流模型及其标准的SIMPLE算法,对比转速为800的斜流泵在3个典型工况下的内部三维湍流流动进行数值模拟.通过分析该斜流泵内部流动的速度、压力分布,揭示了其内部流动的主要特征;同时,分析了流场中冲击、二次回流等流动现象,为改进高比转速斜流泵的水力性能提供了直观的物理信息.     

离心泵泄漏流转子动力学特性分析

为研究泄漏流对离心泵转子振动特性的影响,以及计算由于离心泵前腔泄漏流作用在盖板上的不对称压力形成的涡动力,建立了离心泵前腔泄漏流模型,提出了一种研究离心泵前腔泄漏流诱导产生涡动力的数值计算方法。首先对离心泵进行全流场数值模拟,然后把其运算结果作为前泵腔单独数值模拟的初始条件,分析前腔流道内部流场的压力和速度矢量分布情况,并求出不同涡动频率比对应的法向和切向涡动力,最后运用最小二乘法对涡动力与涡动频率比之间的二次曲线进行拟合,求出全部6个转子动力学系数,结果表明数值模拟能较准确地计算出前腔泄漏流诱导产生的涡动力。     

基于能量梯度理论的离心泵内流动不稳定研究

为研究离心泵内部流动失稳机理,对离心泵内三维湍流流场进行数值模拟,得到不同流量工况下的离心泵内部全流场流动参数,并且应用能量梯度方法对计算数据进行处理,获得能量梯度函数K的分布,并基于能量梯度理论对离心泵内部流动的稳定性进行了分析。研究表明,叶轮出口处和蜗舌处是2个最容易激发流动不稳定的关键位置。此外,随着流量的减少,叶轮内的失稳区域从叶轮出口向叶轮进口迁移。     

基于Fluent的贯流泵数值模拟

为更深入研究贯流泵数值模拟的真实性与准确性,结合上海某双向贯流泵正向模型能量试验数据,选用不同的参数对模型泵进行数值模拟.对具体贯流泵模拟计算过程中参数的设定,如网格划分、计算模型选取以及边界条件设定等进行了比较和分析,观察管路内的压强、流态等特性,选出与试验数据最接近的一种方案,作为贯流泵数值模拟计算的一种参考方案.通过与试验数据比较并观察内部流场流态和压力分布,结果表明,S-A湍流模型比Realizablek-ε紊流模型计算的结果更接近模型试验值;当进口压力值选为0时,数值模拟的效果最好.     

水泵水轮机流场脉动与熵产率的关系

为了研究水泵水轮机不同工况下的运行稳定性,采用FLUENT软件对模型水泵水轮机转轮和无叶区的流态、熵产率分布、压力脉动进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比.结果表明:数值计算的压力脉动数据与试验值吻合较好,旋涡引起的速度梯度和压力梯度剧烈变化是水泵水轮机内部高能量损失的根本原因.相较于设计工况,小流量工况时转轮叶片吸力面水流的流动分离和旋转失速会导致此处熵产率较高,叶片吸力面压力脉动主频和第2主频幅值最大;大流量工况时动静干涉作用占主导,无叶区的熵产率最大,相应的无叶区压力脉动主频幅值也最大.可见各工况下主流区熵产率和压力脉动具有强相关性,熵产率大的区域,压力脉动也较大.     

低比转数混流泵导叶内部压力脉动特性研究

对一比转数为148.8的设计混流泵进行试验和数值模拟研究,比较不同流量工况下混流泵性能的试验与数值计算结果,两者吻合较好。在流场内部设置监测点,捕捉压力脉动由动静干涉无叶区向导叶出口的发展过程。分析不同工况下的混流泵各测点的压力脉动,发现导叶内部各测点压力脉动主要受叶轮转动影响,主频为叶频;由动静干涉的无叶区到导叶出口,平均压力逐渐增大,而压力脉动的幅值强度越来越弱;非设计工况下的压力脉动变化更复杂。上述结果可为混流泵进一步的优化设计提供参考。     

射流式离心泵内场流体动力噪声特性分析

对JET750G1型射流式离心泵内场噪声进行数值计算及试验,分析该泵过流部件诱发的流动噪声和流激噪声特性。采用大涡模拟法进行不同工况的非定常数值计算,输出各过流部件表面的压力脉动作为偶极子声源。运用声学有限元方法预测流动噪声;运用声学有限元耦合结构有限元方法预测流激噪声。搭建射流式离心泵内场噪声测试系统,用水听器对泵出口的流体动力噪声进行测试,获得噪声的时域和频域信息。分析结果表明:噪声在轴频和叶频处计算和试验测试误差在4%以内;叶轮和导叶的动静干涉以及流体和结构的共振均是诱发射流式离心泵内场噪声的重要因素,过流部件自身的结构特性对内场噪声有一定影响;流动噪声整体大于流激噪声,表明内场噪声主要由流体的压力脉动特性决定;叶轮旋转偶极子声源诱发的内场噪声在轴频(47.5 Hz)处达到180 d B左右,在射流式离心泵的内场噪声中起主导作用。研究结果为射流式离心泵的低噪设计提供了参考。     

多级旋涡泵内部流动特性与压力脉动的数值分析

为了揭示旋涡泵内部流场结构和非定常压力脉动特性,研制具有开式叶轮和闭式流道结构的多级旋涡泵,基于RNG k-ω湍流模型、SIMPLEC算法与块结构化网格,对旋涡泵内部流场进行数值模拟和试验验证.通过外特性数值预测验证了该旋涡泵能够满足设计参数的要求.基于CFD数值模拟技术,对旋涡泵内部流场进行数值模拟.结果表明:随着流量逐渐增大,旋涡泵扬程呈现陡降的趋势,同时叶轮叶片的做功能力变差,叶片对液体的增压能力逐渐降低.在叶轮吸入口和压出口两侧的叶片流道内部,其速度分布和湍动能分布变化梯度较大,其它叶片流道内部速度分布和湍动能分布较为相似.叶轮流道内部叶顶区域中间流道内存在1个低速区,随着流量的逐渐增大,低速区越来越小.叶轮流道内部叶根区域中间流道内存在1个速度梯度密集区,该区域湍动能较大,即叶片流道的叶根区域存在较大的损失耗散区,随着流量的逐渐增大,该损失耗散区越来越小.分析旋涡泵各特征位置的压力脉动特性发现,在叶轮叶片不同监测位置和闭式流道不同监测位置,压力脉动频率特性较为明显,即此处会诱发较为明显的水力振动和噪声.结果揭示了旋涡泵内部流场和性能的影响机理,为旋涡泵的设计提供了理论依据.     

高比转数离心泵空化状态下的压力脉动特性

通过相似变换得到高比转数离心泵缩小模型,并通过试验和数值模拟发现模型泵和设计泵的性能曲线相近,可代替设计泵进行试验研究.基于RNG k-ε湍流模型,采用SIMPLEC方法求解不可压缩时均方程,通过对离心泵内部流场进行定常和非定常数值模拟,得到不同工况点的外特性、汽蚀及压力脉动特性.并通过模拟结果和试验结果的对比,验证了模拟的准确性.通过模拟发现,额定流量下隔舌处的压力脉动幅值最大;不同工况下各检测点的压力脉动主频均为叶频;隔舌压力脉动最大,进口压力脉动最小.额定工况下压力脉动幅值最小,非设计工况下压力脉动幅值明显增大;通过对空化不同阶段的瞬态数值模拟,发现从未空化到严重空化,不同工况下隔舌和出口处的压力脉动变换规律相同,随着空化发展压力脉动幅值降低,且脉动主频均为叶频;并且随着空化程度加剧,压力脉动高频成分增多,各监测点主频下降明显,并可将此作为判定空化初生的依据.     

旋流泵的流动规律

对80X-13.5型旋流泵进行了数值模拟计算,泵内部流动区域选用Pro/E造型,用Gambit软件采用分块非结构六面体网格划分方法对模型进行网格划分及部分边界条件的设定,运用雷诺平均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型结合SIMPLEC算法,来数值模拟旋流泵内部三维不可压湍流场.数值模拟计算选取工作介质为清水,并认为是牛顿流体且局部各向同性;认为旋流泵的内部流场是以定常角速度绕固定轴的旋转流场,属于复杂的三维不可压湍流流动.数值模拟得出了旋流泵内的速度和全压分布图,并试分析出了旋流泵的内部流动区域分布.分析认为,周向流动是旋流泵内部的主体流动趋势,旋流泵内部流动状态可归结为贯通流和循环流.数值模拟的结果验证了已有流动模型的正确性,并且在数值模拟基础上重新划分的流动区域可以反映清水条件下80X-13.5型旋流泵的内部流动情况,可为此种泵型旋流泵的设计提供参考.