GPS40—9F型屏蔽泵的设计

摘要：为提高屏蔽泵的性能和缩短设计周期,在数值模拟的基础土对GPS40—9F型屏蔽泵的屏蔽电机和泵的水力元件进行了设计．利用ANSYS参数化设计语言APDL编写命令流完成磁场模拟过程,并对屏蔽电机的两个模型所计算得到的磁力线、磁流密度分布进行对比分析．对屏蔽泵的水力部件进行三维建模,运用CFX软件对多个不同工况点下的流场进行模拟,分别采用SIMPLER算法及SIMPLE算法进行迭代运算,对比分析了后处理得到的压力云图．结果表明,模型2的气隙磁通大于模型l,说明屏蔽电机设计成细长型更有利于机电能量转换．在相同模型、相同网格条件下,采用SIMPLER算法的计算效率要高于SIMPLE算法,SIMPLER算法具有更好的收敛效果,并将模拟计算结果与试验数值进行对比,验证了数值模拟计算的可行性和准确性．     

可调式射流泵性能的数值模拟

应用RNGκ-ε湍流模型及SIMPLE算法,对采用喷针调节喷嘴过流面积的可调射流泵在不同开度下的性能进行了数值模拟,并与试验数据进行对比分析．结果表明：喷针对可调射流泵性能有一定的影响,随着开度的减小,行程的增大,对可调射流泵效率的影响也越大．在大开度情况下数值计算的可调射流泵性能曲线与试验数据吻合较好;在小开度及小流量比工况下二者趋势一致,但存在一定偏差．通过对试验数据与数值计算值的对比分析,提出了基于数值模拟结果的可调射流泵的实际性能预测公式,该公式可以用数值模拟的结果来预测可调射流泵的实际性能,为可调射流泵的设计提供指导．     

屏蔽泵能耗的计算与试验

为了掌握屏蔽泵能耗的计算方法，对造成屏蔽泵功率损失的原因进行了分析，研究了屏蔽电机与普通电机的能耗差别，总结了屏蔽套能耗的计算方法，屏蔽套的能耗与屏蔽套的材料、厚度、定转子的长径比、液体的粘度、转数、冷却循环回路等有关．以江苏大学新开发的化工屏蔽泵为例，对其设计点的能耗进行了计算并与实测结果作了比较，结果表明屏蔽泵能耗计算值与实测值基本相符．通过试验，验证了屏蔽套能耗与转子旋转的液体摩擦损失有关．计算方法考虑了转子旋转的液体摩擦是正确的，该计算方法对化工屏蔽泵的设计具有指导意义．     

屏蔽泵冷却循环回路的热流耦合

为了研究屏蔽泵冷却循环回路与泵内部温升关系,模拟计算了屏蔽电动机内部温度场与压力场的分布以及冷却循环回路中的温升,分析了冷却液与电动机定转子之间的对流换热信息.以冲压成型屏蔽泵实型样机为研究对象,利用工程仿真软件CFD,对屏蔽泵叶轮前后腔体、冷却循环回路等全流场进行热流耦合数值分析.结果表明:屏蔽套间隙内的温升在不同流量工况下温度变化较小,最大温差为0.97 ℃;额定流量工况下,轴孔径的大小对屏蔽电动机的温升影响较小.随着轴孔径的逐渐增大,电动机内的最大温度逐渐减小;在额定流量工况下,由屏蔽泵数值与理论计算两种情况的循环流量与轴孔径的关系可以得出:数值计算与理论计算两者的结果基本一致,研究结果为屏蔽泵冷却循环回路的设计提供理论依据.     

灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、RNGk-ε紊流模型和SIMPLE算法,对一灯泡贯流泵装置模型的内部三维流场进行了全流道数值模拟.对同一转速下流量为20~35 L/s范围内的7个工况点的扬程、轴功率和效率等性能参数进行了预测,分析了泵装置内部速度场的分布.计算结果表明：在最优工况点,泵装置内部水流流态较好,压力分布也比较均匀;而在小流量和大流量工况下,包括灯泡体在内的出水流道内流态紊乱,出现偏流、脱流和旋涡等不良流态.为了验证计算的准确性和可靠性,对该装置模型进行了性能试验,并将数值模拟计算结果与模型试验的数据进行了对比,两者在高效区附近吻合较好,但在小流量和大流量工况下存在偏差.     

矿用潜水电泵性能正交试验

以煤矿排水用的BQS20—40—5．5型固液两相流潜水电泵为例,选择对泵性能影响较大的3个因素叶片进口冲角、叶片出口安放角和叶片数,对3个因素分别取3个水平,采用L9（3^4）正交表,得到9种试验方案．在计算流体动力学软件Fluent中采用标准k—ε湍流模型和SIMPLE算法,对正交试验中9种方案分别进行单相清水模拟和固液两相流模拟,并对模拟结果进行极差值计算,得到因素与效率指标的直方图．结果表明,叶片出口安放角和叶片数在清水模拟和两相流模拟的最优方案中取值不同,小固体颗粒在叶轮内集中分布于叶片工作面,并沿工作面向外运动,在叶轮出口处以很小的出口角流出,部分颗粒会在叶片出口处与叶片工作面相撞,加剧叶片磨损．因此在设计固液两相流泵叶轮时,叶片出口安放角不易过大．采用两相流理论对BQS20—40—5．5型泵进行优化设计,在设计工况下,泵效率高于国家标准的规定值,叶轮磨损有较大改善,提高了泵运行寿命．     

多面体网格在离心泵内部流动数值模拟中的应用

针对非结构四面体网格在离心泵内部流动数值模拟中计算效率和离散精度方面的技术缺陷,采用聚合式多重网格方法生成的多面体网格及非结构四面体网格建立XA65/20型单级单吸离心泵内部流场的数值模型,利用Ansys Fluent 13.0对设计工况及多个非设计工况下离心泵内部流场进行了数值计算,得到其内部流场的静压、速度以及湍动能分布情况,并对其内部流动状态进行分析.在数值计算的基础之上,对样机进行了性能试验,预估泵的扬程及效率并与试验值进行对比分析.数值模拟结果表明:多面体网格收敛速度较快、残差曲线更为光顺、占用计算机内存较少,得到静压、湍动能分布更为均匀.模拟计算结果与试验数值的对比验证了多面体网格模拟计算值的可行性与准确性.从网格设置时间、计算成本、数值耗散3个角度分析,多面体网格能较好地应用在离心泵内部流动数值模拟中.     

基于FLOW-3D的薄壁堰泄流能力三维数值模拟

验证数值模拟技术对矩形薄壁堰泄流能力的模拟准确度,基于FLOW-3D软件,采用三维湍流模型、TruVOF法自由面捕捉技术,对整个流场进行数值模拟计算,得到整个流场的流态分布图、泄流量、自由水面等水力参数。将模拟结果与实测值及计算公式进行对比,发现吻合较好,说明所选数值模型能够准确模拟矩形薄壁堰的流场特性,可以为相关水力设计提供参考依据。     

基于Fluent的液力变矩器内流场数值计算

为了找出影响液力变矩器传动效率的原因,为进一步改善变矩器的性能和设计制造水平提供理论依据,通过Fluent对变矩器内流场进行数值模拟。采用分离求解器,绝对速度方程,标准k-ε模型,标准壁面函数,二阶迎风离散格式,SIMPLE算法,压力进口和压力出口,并使用混合平面模型。通过数值计算,得到了不同工况下内流场的分布情况,并计算出变矩器的原始特性,最后将计算结果与实验结果对比,最大误差不超过5%,证明了三维计算的正确性。     

旋流泵菜籽-水两相流浓度特性实验与流场数值模拟

为探索旋流泵固液两相流内部流场及变浓度输送特性,分析了旋流泵固液两相流动基本原理及其特点。在32WB8-12型样机上完成输送清水及菜籽体积分数CV分别为6%、10%的外特性实验,得出泵流量-扬程、流量-轴功率、流量-效率和流量-临界汽蚀余量性能曲线。采用Mixture多相流模型及RNG k-ε湍流模型,对旋流泵在清水最优工况流量qv=9. 31 m~3/h下输送菜籽固液两相流流场进行了数值模拟,求解采用SIMPLE算法,得到3个轴面静压、速度矢量和固粒体积分数分布图。通过对比分析,数值模拟准确性得到了验证。综合分析了泵外特性变化与内部流场之间的定性因果关系,并提出了两相流泵优化设计改进措施。     

基于Visual C++6.0软件平台的屏蔽泵轴向力计算

为了克服人工计算方法耗时费工、计算量大、计算精度低的缺陷,实现屏蔽泵轴向力计算的快捷性和简便性,基于Visual C++6.0软件平台,考虑影响屏蔽泵轴向力的综合因素,编写出屏蔽泵轴向力计算程序,为屏蔽泵轴向力计算提供了便捷的工具.本程序采用模块化的结构体系,每个模块对应界面,能灵活地实现人机对话,界面清晰,可以方便地进行参数优化设计计算.只要输入相应的设计参数,程序会自动显示出轴向力平衡的计算结果,简单快捷,与人工计算相比,大大提高了工作效率.通过真机轴向力实测与计算结果比对,计算结果与实验结果的相对误差在10%以内,证实程序计算结果具有良好的计算精度,实用性强.     

密封泵中无轴承永磁同步电动机的试验研究

为解决密封泵系统中泵体的密封性问题,提出采用无轴承电动机替代传统电动机构成新型无轴承密封泵方案,研制无轴承电动机成为其关键.阐述了无轴承密封泵中永磁型无轴承电动机转子悬浮原理,并给出电磁转矩和径向悬浮力数学模型.根据无轴承永磁同步电动机控制系统功能框图,构建无轴承永磁同步电动机数字控制系统,为了使控制系统软件与硬件之间互相配合,设计并使用人机交互界面对无轴承永磁同步电动机控制系统中转速、PID控制器等参数进行实时在线调试和控制.样机试验结果表明：使用人机交互界面进行试验调试,能够快速地达到预期目标,转子转速为1 200 r/min,转子轴心在平衡位置中心（0,0）附近振动,径向偏心位移振动幅值控制在50μm范围之内,满足对无轴承永磁同步电动机数字控制系统进行实时在线调试和控制的要求,对无轴承密封泵的研制与应用具有重要的理论意义和实用价值.     

基于Fluent流场分析的拖拉机齿轮泵结构优化设计

由于工作压力和成本相对较低,齿轮泵被广泛用于农业机械中,包括拖拉机、收割机等机械的液压传动系统中。为了准确地捕捉拖拉机齿轮泵内流场的变化,将Fluent仿真软件引入到了齿轮泵的仿真模拟计算过程中,并采用UDF编程动网格技术对齿轮泵进行动了态数值模拟,分析了齿轮泵在齿轮旋转情况下的内部流场的变化。数值仿真模拟计算结果表明:采用Fluent软件和动网格技术,可以实现拖拉机齿轮泵的动态仿真模拟过程,且采用软件模拟的镜像技术可以有效地降低计算量,提高计算精度,为新型拖拉机齿轮泵的结构优化设计提供了借鉴。     

长短叶片离心泵研究现状与发展趋势

分析了按传统方法设计的低比速离心泵水力性能方面存在的问题，并对低比速泵常见的几种水力设计方法（加大流量设计法、无过载设计法、面积比设计法和长短叶片设计法）进行了简要评述．详细地综述了国内外长短叶片离心泵的试验研究、设计理论研究方面的成果及现状．概要阐述了泵的设计理论、内流场测试技术和数值模拟研究的历史进程，并就长短叶片离心泵研究发展趋势作了展望．     

基于流场数值模拟的高速磁力泵汽蚀性能研

为了改善高速磁力泵的抗汽蚀性能,在泵吸入口处设置导流栅.建立了吸入口设置导流栅和未设置导流栅的两种模型,采用Fluent软件对高速磁力泵内流场进行数值模拟,给出了各自内部压力分布以及粒子流动迹线图.通过两组数据的比较,得到了内部流场的主要特征,模拟表明高速磁力泵吸入口设置轴向可变位导流栅可以有效提高抗汽蚀性能.数值模拟与高速磁力泵真机的试验对比表明,两者几乎一致,为高速磁力泵的改进设计提供了一定的理论依据.     

叶轮出口环量非线性分布条件下混流泵性能研究

为研究反问题设计中叶轮出口翼展方向环量非线性分布对混流泵外特性及内流场的影响，拓展混流泵优化设计空间，在试验验证数值模拟准确性的基础上，通过在叶轮出口翼展方向插入5个控制点控制环量分布的方法构建了17种不同环量分布形式；在其他设计参数不变的基础上使用反问题设计方法对其进行三维造型并使用商业软件CFX进行数值模拟，对其外特性及内部流场进行对比分析。结果表明：环量分布形式对设计工况与小流量工况叶轮效率影响较小，对大流量工况叶轮效率影响较大；在全工况范围内，环量分布形式对叶轮空化性能影响均较大；环量分布形式可显著改变叶轮内部流场，影响叶片不同叶高处的做功能力。     

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.