不同前导叶时序位置下离心泵内压力脉动特性研究

【目的】寻找前置导叶的最佳时序位置,提高离心泵的综合性能。【方法】以某低比转速单级离心泵为研究对象,采用RNGk-ε湍流模型,对设计工况下前置导叶相对径向导叶在4种不同时序(前置导叶相对周向旋转0°、15°、30°、45°)位置下离心泵内部流动进行了三维黏性非定常数值模拟。【结果】随着前置导叶时序位置的增大,时均扬程和时均效率均呈周期性波动,当时均扬程处于波峰时,时均效率处于波谷,当时均效率处于波峰时,时均扬程处于波谷,最大时均扬程比最小时均扬程高1%,最大时均效率比最小时均效率高1.43%;随着前置导叶时序位置的改变,离心泵的必需汽蚀余量先增大后减小,最大必需汽蚀余量比最小必需汽蚀余量高6%,前置导叶相对周向旋转45°时,必需汽蚀余量最小,空化性能最好;叶轮和径向导叶压力脉动的主频和幅值直接受时序效应的影响。【结论】前置导叶的时序位置对离心泵的外特性、空化特性、振动特性等都有影响,综合比较分析4种时序位置下离心泵的性能差异,以前置导叶相对周向旋转45°时离心泵的水力性能最好。     

谷物联合收割机清选横流风机的设计

随着谷物联合收割机向高效率、大型化发展,使得联合收割机清选部件宽度增加,传统的离心式或轴流式风机受机器宽度的影响,存在横向气流分布不均匀、结构尺寸大和动力消耗大等问题,直接影响谷物清选质量和效率,而具有二维流动的横流风机不受机器宽度的影响,并能产生良好的气流分布。为此,对横流风机进行设计,并确定了主要技术参数,为相关人员提供参考。     

基于正交试验及CFD的多级离心泵叶轮优化设计

以某一典型悬臂式多级离心泵为研究对象,在原模型的基础上,对叶轮进行优化设计以提高水泵的水力性能.选择叶片出口宽度、叶轮出口直径、叶片数、叶片出口角等4个参数为因素,每个因素取3个水平,基于正交试验和数值计算对叶轮进行优化,应用计算流体动力学软件CFX 14.5对多级离心泵内三维定常流动进行数值计算.结果表明:不同工况下,多级离心泵原模型的外特性试验与数值计算结果相吻合,证明了数值预测水泵性能的正确性和可靠性.按照L₉(3⁴)正交表,计算9组叶轮设计方案的额定工况时的扬程和效率,利用极差分析研究几何参数对水泵性能的影响,最终得到优化模型.通过优化模型与原模型的数值计算结果对比,证明其扬程、效率性能得到提高,并从内部流动分析提高的原因,即泵体内部无旋涡和回流,静压梯度大,流动损失小,使得泵水力性能得到提升.     

半开式单叶片螺旋离心泵叶轮内部压力脉动研究

半开式单叶片螺旋离心泵由于叶轮结构不对称、叶轮与蜗壳之间的动静耦合作用以及叶顶间隙泄漏等因素的共同作用,泵内部伴随着很强的压力脉动效应,不利于机组的安全运行。针对比转数ns为237的半开式单叶片螺旋离心泵,以CCM+为仿真平台,采用多面体网格划分计算区域,进行全流场定常/非定常数值计算,监测叶轮叶片进口附近及叶片中部区域的压力脉动。结果表明:数值计算监测得到的压力脉动趋势与试验结果基本一致,但在监测点位置刚好离开叶片吸力面一定距离,并与同一轴向高度处叶片压力面具有较大圆周距离范围内时,数值计算得到的压力波动变化趋势与试验结果存在一定差异。结合数值计算得到的监测点附近压力云图分析发现,当叶片压力面逼近监测点时,压力达到最大值,并在叶片圆周厚度1/3处时,压力达到最小值。另外,从压力最低点到压力最高点范围内,2个监测点位置在5个工况下,压力波动均呈现出3种斜率变化。     

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.     

导叶叶片数对多级离心泵压力脉动的影响

为了研究叶轮叶片数与导叶叶片数有无最大公约数对多级离心泵内部压力脉动的影响,在保证设计点外特性基本不变的前提下设计了4种不同叶片数的导叶,基于标准k-ε方程,应用CFX软件对M120多级离心泵的设计点工况进行定常和非定常计算,得到次级泵体叶轮和导叶内各监测点的压力脉动时域图和频域图.结果表明:数值模拟结果与外特性试验结果相吻合,证实了数值模拟的可行性.叶轮与导叶叶片数存在最大公约数的匹配方式对多级离心泵内部静压分布有影响,主要表现为正导叶进口边周向压力分布呈现周期性分布规律.导叶内部压力脉动主要受叶轮叶片数的影响,叶频在流动诱导振动中起主导作用.导叶叶片数对多级离心泵内部压力脉动影响较大,导叶内部压力脉动幅值随导叶叶片数的增加而增大.     

水田驱动叶轮仿生叶片机理数值模拟分析

根据水牛蹄独有的几何外形适于水田等松软地面行走和行走阻力低的特性,运用逆向工程技术提取仿生信息,并设计水田叶轮仿生叶片.通过数值模拟的方法研究仿生叶片性能改善的机理,以进一步指导叶轮的设计.仿生叶片与平面单叶片轮叶的计算机模拟对比分析表明,仿生叶片提高推进力的机理主要为:有效延缓叶片表面流体速度突变造成的流体介质冲击与分离,减小分离流对叶片的撞击阻力,提高叶轮驱动力;仿生叶片可增加叶片驱动扭矩,使叶轮驱动力增加.     

低比转速叶轮叶片数的选择准则

离心叶轮叶片数的正确选择是提高叶轮水力性能的重要措施.通过考查国外最新速度系数法设计资料和分析影响叶轮流道脱流和园盘摩擦损失的多种因素,提出了与传统观点相反的结论：增加低比转速离心叶轮叶片,并不是改善叶轮水力性能的有效途径,在合理选定叶片包角、叶轮出口宽度及优化叶轮直径的条件下,适当降低低比转速叶轮叶片数,对提高叶轮水力效率、消除离心泵的特征曲线的驼峰都有重要意义.这一新观点为设计人员正确确定低比转速叶轮叶片数提供了重要参考.     

双流道污水泵叶轮的绘型方法

研究了双流道污水泵叶轮常用的图纸表达方法,发现平面图上的断面投影结果与轴面图中确定的断面形状尺寸不一致的问题.断面形状为沿对称轴对折的椭圆,此对称轴始终垂直于轴截面,其方向与平面图上的流道中线无关.传统设计中认为以垂直于平面图上的流道中线确定的截面尺寸并不符合实际的投影关系.这是设计中经常出现的双流道叶轮平面图、断面面积图与叶轮木模图三者不一致的主要原因.提出在双流道污水泵叶轮设计时,平面绘型作为初步设计,然后在三维造型中确定其余参数,再由三维造型来生成平面绘型,以保证设计与木模一致.设计结果表明,这种设计步骤是合理的.     

高温塔底油浆泵叶轮断裂失效分析

针对高温塔底油浆泵使用一段时间后在开机时叶轮频繁发生断裂的现象,选择发生断裂现象较多的泵型,对可能导致叶轮断裂的各种因素,从断裂点的宏观检查到叶轮材料、硬度以及断裂点的金相组织的微观检验等方面进行了一系列试验,采用热冲击理论最新研究成果对该叶轮断裂失效原因进行了分析,结果表明,叶轮存在严重的铸造缺陷,热处理工艺出现了偏差,高温环境削弱了叶轮的强度,热冲击应力是导致叶轮断裂失效的主要原因,通过对叶轮结构、铸造工艺、热处理工艺、开机操作规程等方面的改进,基本解决了油浆泵的叶轮断裂问题．