叶片包角对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片包角对离心泵空化性能的影响,选择3台不同比转数的离心泵为研究对象,分别将各模型的设计包角做减少5°、增加5°和10°变化。基于ANSYS CFX软件应用标准k-ε湍流模型、均质多相模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对各模型泵在包角变化时泵内的空化流场进行数值模拟,分析空化性能和空泡体积分布变化规律,并通过实验进行验证。结果表明:叶片包角对中高比转数离心泵空化性能的影响较大;随着叶片包角的增加,各模型必需空化余量的变化规律各不相同,但叶片包角存在一个最优值使离心泵在设计工况下的空化性能最佳。     

可调叶片高比转速混流泵内部流场数值模拟

运用商用软件Fluent,采用雷诺时均N-S方程、标准k-ε湍流模型、流体机械模型中的多重参考坐标系模型（MRF）,对不同安放角的3个高比转速混流泵模型进行了数值模拟与结果分析.主要分析了设计工况下0°安放角的模型叶轮进口最高点截面的绝对速度和静压分布.详细分析和比较了3个模型的叶片压力面静压分布云图、叶片压力面相对速度分布云图、导叶压力面静压分布云图,捕捉到了安放角为＋4°时叶片进口接近轮缘处流体撞击轮缘形成的小回流.简要分析了安放角为0°的模型泵导叶压力面相对速度分布,可知导叶充分发挥了其转能与消除环量的作用.分析结果揭示了高比转速混流泵内部流动规律.     

OC150-30型离心泵内部湍流场的数值模拟研究

基于标准k-ε双方程紊流模型,采用SIMPLE算法,通过求解时均化的Navier-Stokes方程,利用FLUENT软件对OC150-30型离心泵叶轮和压水室内部流场,按叶轮旋转位置的不同进行二维数值模拟和分析.研究表明:叶轮流道内流体的流速和压力呈明显非轴对称,最大动压强出现在叶片出口附近,并在叶片吸力面出现较大涡流区,当叶片旋转至蜗壳隔舌附近时叶轮出口出现回流;弯锥形扩散管内存在较大回流,将其改成直锥形扩散管后流场得到明显改善.     

基于CFD的水草收割台水流流场数值模拟

目前,水草污染对环境造成严重影响,针对滩涂深水水草难以收割的问题,设计了一种水草水下收割台。为了研究割台水下作业时内部水流与水草的流动规律,应用Fluent软件中的Eulerian多相流与Realizable k-ε湍流模型进行液固两相流三维数值模拟,分析了在不同的搅龙转速、搅龙螺旋叶片圈数、搅龙滚筒直径参数影响下割台体内水流与水草的速度分布。结果表明:在搅龙转速为90r/min,两侧螺旋叶片分别为3片、螺距360mm、搅龙滚筒直径为200mm时,水草收割台的水流流场与水草流动更为稳定、流畅,模拟结果较好地反映了割台内流体的运动过程,为割台的结构优化提供了一定的理论依据。     

气固两相流数值模拟及喉管结构优化—基于草原灭鼠毒饵喷撒机

基于ANSYS Fluent软件,选取标准k-ε湍流模型和DPM模型,采用SIMPLE算法,针对草原灭鼠毒饵喷撒机喷管气固两相流流场进行数值模拟,得到其内部流场静压分布、速度分布图,并通过试验对比验证了数值模拟的可行性,为草原灭鼠毒饵喷撒气力输送系统的设计与优化提供理论依据;最后,通过数值分析不同锥角喉管的毒饵运动特性,得出当喉管锥角选取为3.5°时,能耗较小,同时满足工作要求。     

闭式叶轮叶片位置对旋涡泵性能的影响

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型加壁面函数法,采用三维非结构四面体网格建模, 选用旋转流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF),利用Fluent软件对同一泵体配两种闭式叶轮的旋涡泵内三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,分别得到了各自内部流场的压力分布和速度分布情况,并且根据数值模拟结果预测了旋涡泵的扬程和效率.通过比较分析,提出采用交错叶片闭式叶轮在保持泵的效率与采用对称叶片闭式叶轮时,能提高泵的扬程.另外,通过对压力场和相对速度场的细致分析,证实了旋涡泵内部的旋涡流动特征,并对旋涡的形成进行了分析和探讨.     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.     

叶片出口安放角对单叶片泵性能的影响

为改善单叶片泵的性能,采用数值模拟与外特性试验相结合的方法分析了叶片出口安放角对泵性能的影响.基于SIMPLEC算法和RNG k-ε湍流模型,通过ANSYS CFX软件求解三维N-S方程,对叶片出口安放角分别为10°,14°,18°,22°和26°的单叶片泵内部流场进行了数值分析,得到了泵的速度场、压力场,并获得了泵外特性及所受径向力,数值计算所得扬程与试验结果具有较好的一致性.结果表明单叶片泵扬程、功率、效率均随叶片出口安放角增大而提高,但叶片出口安放角增大到18°以后,由于叶轮内流动滑移加剧,变化不再显著;不同叶片出口安放角单叶片泵内流场整体分布相似,但叶片压力面前端脱流区随叶片出口安放角的增加而增大,压力面的相对速度随叶片出口安放角的增加而减小,隔舌处的流动随叶片出口安放角的增加而变得顺畅;叶轮及蜗壳所受径向力随叶片出口安放角的增加而增大,叶轮所受径向力在设计点工况附近最小,而蜗壳所受径向力随流量增加而减小.     

出口角对离心泵内固液两相流动影响

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent,对3台不同叶片出口安放角的离心泵内的固液两相湍流进行了数值模拟,分析了叶片出口安放角对泵内部固液两相流场的影响.计算结果表明：在叶轮流道内,固体颗粒的相对运动方向比液相更偏向叶片压力面,大叶片出口角叶轮内两相速度的夹角较大.通过对比不同叶轮内压力分布及固体颗粒体积浓度分布,得出以下结论：大出口安放角的叶轮压力面附近聚集了更多的颗粒,导致大量颗粒与叶片尾部的压力面相撞;叶片出口安放角增大使得叶轮出口压力增大.     

气体搅拌下厌氧消化反应器CFD数值模拟及模型研究

采用数值模拟方法对气体搅拌下厌氧消化反应器内气液两相流动进行研究,探讨不同流量下反应器内非牛顿液相的速度场、流场及动力黏度等流体动力学信息,并进一步分析不同多相流模型、相间作用力以及多相湍流模型对液相速度的影响。结果表明:入口气体流量的增大并没有对流场形态和旋涡分布产生明显影响,但能有效降低液相动力黏度峰值,改善厌氧消化反应器内液相的流动性,尤其影响着反应器四周底部区域液相动力黏度。入口流量为2.05 m L/s及5.3 m L/s时,欧拉双流体模型与欧拉双流体模型耦合群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟得到的液相速度与实验值较为接近,并优于欧拉-拉格朗日模型;采用标准k-ε模型(Standard k-ε),重整化群k-ε模型(RNG k-ε)得到的液相速度模拟值优于可实现k-ε模型(Realizable k-ε)。相间作用力考虑为升力及曳力组合时,模拟得到的液相速度与实验值吻合良好。     

直叶片达里厄风轮流场非定常数值计算

为了提高达里厄风轮复杂内部湍流流场的认知程度,采用非定常k-ω湍流模型和滑移网格技术,对采用NACA0012翼型的直叶片达里厄风轮的空气动力流场进行二维数值研究,分析叶片流场、叶片动力矩特性、转速对风轮流场的影响规律.叶片流场研究结果给出了叶轮不同时刻、不同位置的流场,揭示叶片攻角随方位角的变化规律为非简单地遵循正弦曲线.动力矩特性曲线揭示叶片在90°方位角时产生最大力矩值,在下盘面动力矩极小并接近于0甚至为负值,证明攻角均极小.比较同一风速、不同转速下的流场发现,随着转速增大,内流场风速逐渐减小;比较动力矩曲线发现,随着转速增大,上盘面动力矩最高值先增大后减小,存在最大值;下盘面动力矩极低值逐渐减小且范围变广.计算结果与试验结果的对比证明,滑移网格技术和湍流模型的模拟计算能够较好地反映直叶片立轴风轮流场特性.     

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.     

桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验

对搅拌槽内的混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法（MRF）以及标准k-ε模型,分析了搅拌槽内液体的流动情况.为了了解采用的叶轮模型能否有效地搅拌液体,分析了搅拌槽内垂直面和水平面的速度分布情况.运用PIV技术对搅拌槽内的真实流动情况进行了研究和探讨.通过比较搅拌槽液面、叶轮排放区、叶轮流入区以及槽底的速度分布与数值模拟速度分布之间的差异,发现数值模拟和试验所反映的轴向速度增减趋势相同,但最大速度点的差别有所不同：模拟值和试验值在池底基本吻合,在叶轮排放区和流入区分别相差12.8%和14.2%,在池面相差较大.这肯定了数值模拟对试验研究的预测作用,可为搅拌器的选型和设计提供参考.     

空间导叶式离心泵的数值计算及优化设计

基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对一空间导叶式离心泵进行全流道三维湍流数值计算,分析了导叶式离心泵在设计工况下整个流道、环形空间及其空间导叶内部的流场分布,并进行试验验证计算结果.结果表明,叶轮叶片吸力面靠近进口区域压力最小,出现负值,该区域将有可能发生空化;液体流经叶轮和空间导叶之间的环形空间时将产生较大的冲击损失;液体由叶轮出口高速旋转流出经过环形空间流入空间导叶,空间导叶进口附近流速较大,在空间导叶吸力面的入口处存在二次流.试验结果和计算结果吻合较好,在相同流量下数值计算结果和试验数据的最大误差基本小于15%,在可以接受的范围之内,证明了数值计算的有效性.该研究结果为空间导叶的几何参数优化提供了一定的理论参考.     

基于VOF法的坡面薄层流水力特性数值模拟

应用Fluent计算软件,采用VOF方法对坡面薄层流进行自由表面追踪,结合标准k-ε紊流模型模拟了不同粗糙度床面条件下流速、雷诺数、弗汝德数以及阻力系数的沿程变化,并验证了数值模拟方法的正确性。结果表明,数值模拟方法具有可行性,坡面薄层水流表面张力作用不可忽略。     

基于逆向设计理论的水泵水轮机设计与数值模拟

针对水泵水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转数混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的水泵水轮应用水轮机逆向设计理论对水泵水轮机进行水力设计、三维造型和ICEM网格划分;通过建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S时均方程等控制方程组,利用标准k-ε湍流模型来封闭方程组,采用有限元体积法进行离散,离散方程的压力-速度耦合处理采用压力耦合方程组的半隐式(SIMPLEC)算法对水泵水轮机进行数值计算,得到其内流场流动特性,与试验的水泵和水轮机工况下压力分布对比分析,预测了水泵水轮机在设计工况下的转轮效率.数值模拟结果表明,基于逆向设计理论设计的水泵水轮机工况的最优效率可以达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,充分说明应用逆向理论设计方法对水泵水轮机的设计,可以兼顾水泵工况和水轮机工况在较优的情况下运行.     

多级副叶轮密封的性能分析与应用

为了分析低功耗的副叶轮密封结构并将其应用在立式自吸泵上,采用CFD数值模拟方法对副叶轮功耗和封压能力的主要影响因素进行了分析.建立了基于叶片形式、叶片数量、阻旋片、径向间距以及平衡出口位置的多种数值模型,采用RNG k-ε湍流模式行定常数值模拟进行水力性能预测.预测分析的结果表明,采用后弯型叶片和提高叶片的个数可以增大副叶轮4.9%的封压能力,但是消耗功率增大40%,致使封压功率比降低;阻旋片的存在,可以消除叶轮背侧液体旋转,增大副叶轮5.7%的封压能力,但其宽度对副叶轮封压能力的提高影响不大;叶轮与壁之间的径向距离越小,副叶轮封压效果越好;平衡出口的存在可提高副叶轮3.5%的封压能力,但平衡出口的位置对副叶轮的封压效果具有较大影响.提出了两级副叶轮密封结构,分析了其功率消耗和封压性能.分析和工程应用的结果表明,采用后弯形叶片并配合阻旋片的多级副叶轮密封结构具有良好的密封性能,且功耗为单级结构功耗的55%左右.     

离心泵内部空化特性的CFD模拟

基于ANSYS CFX软件应用标准k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对一比转数为94的离心泵在不同工况下其内部的空化特性进行数值模拟.根据模拟结果预测了模型泵无空化时的能量特性和发生空化时的空化性能,分析了不同空化状态下叶轮中间流面内的空泡分布和叶片中间流线上的载荷特性,并与试验结果进行对比.结果表明：预测结果具有一定的精度,模型泵在3个工况下空化余量的绝对误差分别为0.25,0.29和0.06 m.流场分析表明：随着进口总压的降低,空泡首先在叶片背面进口边附近产生,然后沿流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增加向叶片工作面扩展;与其他叶片相比,正对蜗壳隔舌叶片中间流线上的载荷最小.随着泵空化程度的加剧,除正对蜗壳隔舌的叶片外,其余叶片上相对位置为0.35～0.80处的载荷明显增加,说明空化对叶片载荷有较大的影响.     

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.     

低扬程大流量泵装置马鞍区的流动特性

运用数值模拟与模型试验相结合的方法,采用计算流体动力学软件Fluent,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对轴流泵模型装置20%～130%额定流量工况点的外特性进行了数值模拟,并将计算结果与模型试验结果进行对比.通过对设计工况和小流量马鞍区工况下CFD流态图样的对比分析,对马鞍区的流动特性进行了研究.结果表明：在50%～65%设计流量区域存在轴流泵的运行不稳定马鞍区;小流量工况下泵室内转轮进出口均存在大范围的回流和旋涡,激烈的能量交换是轴流泵出现不稳定区、装置无法稳定运行的主要原因;数值模拟与模型试验结果吻合较好,整体误差不超过5%,由此证明了数值模拟的有效性和准确性.