离心泵全流场与非全流场数值计算

为研究不同计算域对离心泵数值计算结果的影响,采用虚拟分块网格划分技术和标准k-ε湍流模型,对5台不同比转数离心泵设计工况下的内部流动进行了三维定常全流场与非全流场数值模拟.基于全流场和非全流场数值计算结果分别进行了性能预测和内流场特征分析,并将性能预测结果与试验结果进行了对比分析.结果表明：不同计算域对数值计算结果影响显著;全流场数值模拟性能预测精度高于非全流场数值模拟,扬程预测精度平均高1.54%,效率预测精度平均高1.67%;流场分析发现两种计算方法得到叶轮内的静压分布基本一致,而蜗壳内静压分布存在着明显差异;全流场数值计算得到的叶轮与蜗壳的间隙速度分布呈现层状分布,而非全流场数值计算得到的结果呈三角形分布;由于全流场计算区域考虑叶轮进口口环、前后盖板间隙流的影响,其数值计算得到的蜗壳断面内二次流分布并不完全对称.     

多级离心泵水力性能数值预测涡量分析法

为了研究利用CFD技术预测多级离心泵水力性能的方法,选取某一多级离心泵为研究对象.采用数值模拟方法获得了多级离心泵内部全流场信息.分别选取多级离心泵单级、二级、三级的三维模型进行全流场数值模拟,获得了3种三维模型各水力部件内部的的水力损失,通过对计算结果分析发现,多级离心泵内部各级水力损失大小基本类似,不随级数的不同而改变,这为通过对少级数的数值模拟以预测更多级数的泵性能提供了依据.通过对多级离心泵内部流场各级能量损失进行分析,分析各级能量损失特征及其流动特点,发现各级涡量分布基本一致,损失特性相同,只在最后一级导叶内部的涡结构有一定的区别.采用能量分析结合多级泵内部流场涡动力学分析方法建立了多级离心泵性能数值预测的计算方法,并建立了多级离心泵性能预测基于少级数模型数值分析的计算公式.     

基于FLUENT的离心泵水力性能预测技术

介绍了用数值模拟方法进行离心泵性能预测的研究现状和存在的问题．采用商业软件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10台离心泵的设计点工况进行了叶轮蜗壳耦合三维粘性相对定常的数值模拟并进行了性能预测．计算了各模型的扬程和效率并与试验值进行了对比和分析．对比分析结果表明,基于FLUENT数值模拟结果预测离心泵水力性能的方法具有比较高的精度。可以应用于工程实践．     

转速对离心泵内部流动的影响

采用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6台不同转速下离心泵的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟并进行了能量性能预测.同时,分析了转速对离心泵内部流场的影响,指出不同转速下泵内部流场是比较相似的;性能预测发现比例定律的扬程计算结果具有比较高的精度,轴功率的计算精度则相对较低.     

蜗壳式离心泵内部非定常数值计算与分析

为研究设计工况下蜗壳式离心泵内部瞬态流动的状态和规律,基于高质量结构化网格和快速成型技术,利用商业计算软件CFX对某型号蜗壳式离心泵进行了全流场非定常数值模拟。通过与定常数值模拟结果及试验结果比较,表明非定常数值模拟能够更为准确地预测蜗壳式离心泵的性能参数,其中扬程最大偏差在4%以内,效率最大偏差在3%以内。受叶轮-蜗壳耦合作用影响,蜗壳式离心泵内部压力脉动周期性明显,监测点压力脉动主频均为叶片通过频率。非定常下的压力场表明,各叶轮流道进口及中间位置的压力分布相近,靠近叶轮出口的压力分布差异明显;蜗壳内部存在明显的二次流动现象,并且随主流运动向前发展。     

基于大涡模拟的射流自吸式离心泵非定常流动分析

为了研究射流自吸式离心泵的非定常流动特性,选取内置射流喷嘴的自吸式离心泵作为研究对象,在定常数值计算的基础上采用大涡模拟技术对其进行了非定常数值求解,获得了全流场的流动信息,以第4圈收敛后的流场为例,分析了1个周期内不同时刻下的流场变化规律,并监测射流器内监测点的压力脉动,通过快速傅里叶变换(FFT)分析了监测点的频域特性.结果表明:在1个旋转周期内低压区始终位于射流器直线段,高压区位于泵腔内;靠近叶轮进口位置监测点的压力脉动值要小于靠近喷嘴附近的值;设计工况下,各个监测点的压力脉动最强频率在290.06 Hz附近,监测点的数值模拟主频与理论计算所得的转频与叶频略有偏差,压力脉动集中在fn~3f_n区间的低频区域.     

基于结构化网格的离心泵全流场数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对全流场模型下离心泵的性能进行了分析。阐述了离心泵计算区域的拓扑块生成和结构化网格划分方法;分析了全流场模型和非全流场模型的数值模拟结果,并比较两者产生差异的原因。证实了腔体的存在对模拟结果的影响,得到的全流场数值模拟性能预测精度优于非全流场数值模拟,其流态分布也存在显著的差别,并获得了口环泄漏量与离心泵流量和扬程的关系。将离心泵全流场模型的模拟结果与试验值进行了对比:设计工况点(Qd),离心泵的扬程相对误差为0.79%,效率相对误差为0.9%,模拟结果和试验结果比较接近;在0.2Qd时,扬程相对误差为6.24%,效率相对误差为9.61%,极小流量点的数值模拟精度有待提高。     

轴流泵模型多叶片安放角的数值计算

在同一轴流泵模型0°安放角数值计算结果的基础上,应用ANSYS CFX软件,选择标准k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数,在不同的叶片安放角下,采用全六面体网格和经网格无关性分析的网格数,分别在定常和非定常条件下进行了多工况的数值模拟和外特性计算,并将计算结果与试验结果进行对比.在规范使用工具软件的条件下,分析了CFD数值模拟技术预估轴流泵性能的精度及其误差的特点.结果表明,非定常计算扬程值略高于试验值,而定常计算扬程值低于试验值,非定常计算的总体精度高于定常计算,且误差可控制在5%以内;定常和非定常预测的效率误差可控制在7%以内,且非定常计算的效率与试验效率存在一相对固定幅度的偏差,据此可用于修正同类模型效率的预测值.基于非定常计算的结果,进一步分析了叶轮和导叶圆柱面上流线分布、叶片截线压力分布和轴流泵过流部件各部分水力损失随叶轮叶片安放角和流量的变化规律,发现在小流量工况,靠近轮毂位置存在旋涡堵塞现象;在计算工况范围内,导叶段和出水段水力损失随流量的增大呈现先减小后增大的趋势.     

粗糙度对离心泵性能数值预测的影响

概述了考虑粗糙度影响的泵性能数值预测研究的现状.分析了FLUENT中粗糙度常数和粗糙度高度的关系,并计算了粗糙度常数在数值模拟中的影响大小.引入扬程和效率影响因子,以对12台离心泵为研究对象,详细地研究了粗糙度对离心泵性能数值预测结果的影响.分析计算表明FLUENT中的粗糙度常数相当于粗糙度高度的一个修正系数,其对离心泵性能数值预测结果影响较小.考虑粗糙度(20μm)后,离心泵数值性能预测精度略微提高.随着比转速的增大,粗糙度对预测结果影响越来越小.随着粗糙度的增大,其对预测结果影响越来越大.     

离心泵小流量工况下的内部流动特性

为研究离心泵在小流量工况运行下性能及其内部流动特性,以型号为IS160-50-65的离心泵为研究对象,采用商用化软件Ansys CFX 12.0对模型离心泵的叶轮进口、叶轮流道以及蜗壳流道组成的全流场进行定常数值计算.同时,为了提高数值计算的准确性,考虑采用3种不同的网格数对模型离心泵的扬程进行网格无关性分析.且从离心泵的外特性及其内部流场分析了不同小流量工况下离心泵性能的变化规律.研究结果表明:与试验结果相比,设计工况下,扬程预测偏差为1.47%,效率预测偏差为3.61%;且随着流量降低,计算扬程的偏差值呈一定的下降趋势,计算效率的偏差值逐渐增大.另外,在设计工况下,离心泵的内部流动比较均匀;而在小流量工况下,离心泵进口管道及叶轮流道均出现回流现象,而回流引起的旋涡流有时甚至会堵塞叶轮流道;在极小流量Q/Q_d=0.2时,回流区域已延伸至全部的进水管路中.     

基于神经网络的离心泵能量性能预测

总结了BP网络和RBF网络在离心泵能量性能预测中的应用现状,介绍了这两种网络的结构及特点。分别采用BP网络和RBF网络建立了离心泵能量性能预测模型。用57组数据对这两个预测模型进行了训练,并用6组数据对两种网络结构的性能预测模型进行了仿真。研究结果表面：两种网络结果的预测模型预测精度比较接近且预测结果的趋势也相同,BP网络预测精度略高于RBF网络;BP网络扬程平均预测误差为3.85%,效率平均预测误差为1.39%,RBF网络扬程平均预测误差为4.79%,效率平均预测误差为3.43%;RBF网络预测所需时间仅为BP网络预测所需时间的一半。     

离心泵蜗壳内部流动诱导噪声的数值计算

鉴于离心泵内部流动声场边界条件复杂,直接求解需要高昂的计算资源且数值模拟难度大,采用间接混合算法,基于CFD＋Lighthill声比拟理论对蜗壳内部流场进行声学求解.在分析离心泵蜗壳内部流场主要噪声源是偶极子的基础上,采用基于S-A模型的分离涡模拟（DES）方法进行三维非定常流场计算.提取作用在蜗壳内表面的脉动力作为偶极子声源导入声学求解器SYSNOISE5.6,采用直接边界元法（DBEM）进行内声场求解,得到偶极子声源和内声场的声压分布图.积分求得蜗壳及出口管道表面监测点的声压级大小.声场计算的结果表明：离心泵蜗壳内部流动诱导噪声源的分布与压力脉动直接相关,在主要产生压力脉动的隔舌附近,有较强的偶极子源分布,其频率特性与压力脉动相似.场点声压值与偶极子源的大小之间不是简单的线性关系,叶频下最强.用管道法进行离心泵出口流动噪声的测试是可行的,流量是声场辐射的主要影响因素之一.     

离心泵滑移系数精度的比较

滑移系数是计算离心泵理论扬程的关键．分析了滑移系数的定义、本质及国内外滑移系数的研究状况．通过对大量优秀离心泵效率的计算，以试验效率为标准比较了目前离心泵常用的斯托道拉、威斯奈和斯基克饮等滑移系数计算公式的精度．计算结果表明，与试验效率相比，离心泵在比转数小于65时威斯奈公式的计算结果更为精确；比转数大于65时斯基克饮公式的计算更为准确。     

离心泵节能技术工作的改进措施

针对离心泵节能问题,从设计、制造、配套等技术角度进行了阐述分析,提出可通过CAD/CFD技术的应用、传统设计方法的提高和改进、CAM技术在泵制造过程中的应用、提高铸造技术水平、调节转速以及提高离心泵选型的设计水平等措施来实现高效节能的目标。并通过分析目前存在的制约节能工作开展的问题,提出改进离心泵节能工作的实施办法。     

基于CFD的反渗透海水淡化高压泵的性能预测

运用FLUENT软件,在双参考坐标系下,采用基于雷诺时均的Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,对万吨级反渗透海水淡化高压泵的6组水力模型的叶轮与导叶组合的内部流场进行了数值模拟和性能预测,并挑选出两组效率高的水力模型制作成2台单级模型泵进行试验研究.结果表明：根据计算的数据预测该泵单级的特性曲线,并与试验数据进行了比较,两者在高效区流量-扬程曲线比较接近,误差在工程应用允许范围内.CFD计算中没有计入容积损失和机械损失,实测轴功率普遍都要比模拟轴功率稍大,进行修正后试验所得出的效率和模拟所得到的效率接近.经试验模型泵的效率接近80%.     

水机电共同作用的离心泵内部非定常流动分析

为得到准确的离心泵非定常负载转矩,以型号为IS65-50-160-00的离心泵和Y160M-2 B3的三相异步电动机为研究对象,首先采用Fluent和Matlab对模型离心泵和电动机进行联合仿真.基于TCP/IP通信协议设计了C++源程序作为软件通信的接口程序,建立了双向同步耦合仿真平台,实现了离心泵内部流动非定常求解过程中的转速和转矩数据传输.研究结果表明:定转速计算时,在设计工况下,扬程计算相对误差为8.66%,效率计算相对误差为5.24%;变转速计算时,在设计工况下,扬程计算相对误差为2.45%,效率计算相对误差为2.47%;采用联合仿真方法进行数值模拟,考虑了电动机对泵运行的影响以及转速变化的实际情况,比传统方法更加准确地预测出离心泵的外特性,数值计算结果可靠.Fluent/Matlab联合仿真技术为今后深入研究离心泵内部流动非定常特性提供新方法.     

离心泵作透平性能预测研究综述及展望

在化工、石油、矿山等高耗能产业中,存在大量高压流体通过减压阀进行直接排放的现象,造成了大量的能源浪费.采用离心泵反作透平对这部分能量进行回收利用是一种经济且实用的方法,但对于离心泵在透平工况下的性能预测是其应用的关键技术及难点之一.本文系统总结了近年来国内外对于离心泵作透平在性能预测方面的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望.首先,对离心泵作透平的高效点预测、全工况特性预测方面的研究及进展进行了分类总结和评述:在透平的高效点预测方面,主要采用了经验预估、理论分析、智能算法预测等方法对泵和透平工况下的流量、扬程换算因子进行了计算;在透平的全工况特性预测方面,主要采用了试验拟合、理论分析、数值计算等方法揭示了透平在偏工况与最佳工况下的特性换算关系.最后,探讨了目前研究中存在的一些问题及对未来的研究方向进行了展望.     

双吸三元扭曲叶片离心泵的造型

双吸三元扭曲叶片离心泵具有叶片形状复杂与多流道等特征,其三维造型涉及问题较多,在泵的三维造型中具有普遍性.为此,以GAMBIT软件为设计平台,结合一个具体的双吸离心泵的造型实例,介绍了双吸离心泵扭曲叶片叶轮和螺旋形蜗壳等部件三维造型的方法,并给出了创建实体模型的详细步骤及三维模型图;此外,还简要说明了在Gambit软件中建模需要注意的问题.