不同流量工况下斜流泵内部流场PIV试验

为了探索斜流泵的内部流动特性并优化斜流泵设计,基于粒子图像测速技术(PIV)对斜流泵内部流场进行测量,分析了不同相位叶轮截面处的流线和速度分布以及小流量工况下的涡量分布。研究结果表明,在小流量工况下,由于受到叶片压力面旋涡流动和吸力面脱流的影响,叶轮内部的流动呈现径向运动趋势,且流动紊乱;随着流量增大,叶轮流场流线逐渐向轴向方向移动并沿着轮毂轮廓线流动,在大流量工况下叶片压力面附近靠近端壁处形成明显的旋涡结构。0.6倍流量工况下,当叶轮进口进入拍摄断面时,在叶轮内部形成一个顺时针旋转的负涡;当叶轮出口进入拍摄断面时,在导叶进口外缘出现正向涡量集中区域,且随着叶轮的转动该区域向导叶进口方向移动;当叶片出口远离拍摄断面时,在导叶进口处出现负涡量区,揭示了斜流泵叶轮和导叶动静相干过程中能量损失的内在原因。     

不同流量工况下混流泵压力脉动试验

为了研究混流泵叶轮和导叶非定常时序干涉引起的压力脉动特性,通过试验对混流泵泵体关键测点进行了压力脉动测量,分析了不同流量工况下叶轮进口、叶轮中部、叶轮出口、导叶进口、导叶出口以及装置出口等位置压力脉动的时域和频域响应。研究结果表明:叶轮旋转周期较大程度影响了叶轮进口、叶轮中部监测点的压力脉动,脉动曲线出现了与叶轮叶片数相一致的4个波峰和4个波谷,压力脉动主频为叶轮叶片通过频率;叶轮和导叶的动静干涉作用使得叶轮出口和导叶进口监测点压力脉动在小流量工况下分别出现7~12个波峰和波谷,压力脉动频谱范围变大,分频成分增多,主频随着流量减小向高频方向偏移,动静干涉诱导的流体激振以及噪声等高频成分出现并逐渐增多。叶轮中部监测点的压力脉动幅值最大且对流量变化最敏感,远离叶轮区各监测点的压力脉动受流量变化的影响较小。     

汽车发动机冷却水泵的研究进展

冷却系统对汽车发动机性能具有重要的影响,发动机冷却水泵已成为国内外的研究热点.分析了离心式发动机冷却水泵的结构特点与能量特性,总结了制约汽车发动机冷却水泵发展的关键影响因素.由于发动机冷却水泵的空间结构受限、工作环境温度高、转速变化大,工作过程极易发生汽蚀破坏,严重影响发动机冷却水泵及冷却系统的可靠及稳定运行,易出现轴承损坏、水封失效、振动噪声等问题.从发动机冷却水泵水力性能、汽蚀性能以及可靠性等3个方面综述了近年来国内外研究取得的相关成果,对发动机冷却水泵技术研究的发展和趋势进行了展望,提出未来需要进一步深入研究的内容和方向:基于PIV技术研究发动机冷却水泵内部流动规律,建立泵内流特征和外特性之间的关系;掌握发动机冷却水泵热力学效应下的汽蚀机理,探讨汽蚀诱导压力脉动的危害,进一步提高发动机冷却水泵的性能和可靠性;注重发动机冷却水泵零部件的标准化、模块化和系列化开发,构建“互联网+汽车水泵标准件”的发展模式,实现发动机冷却水泵智能、可控、高效运行.     

导叶出口边位置对深井离心泵性能的影响

选取100QJ30型混流式深井离心泵作为研究对象,借助数值模拟和性能试验的方法,研究导叶叶片出口边位置不同对深井离心泵性能的影响,并分析其内部流场的差异性和规律性.在导叶叶片主要几何参数不变的情况下,调整叶片出口边轴向位置,确定3种不同的导叶方案,其叶片出口边与导叶场域出口的轴向距离分别为6,3和1 mm.采用Ansys CFX软件分别对3个方案进行数值模拟,以两级泵模型建立计算域,划分结构化网格,基于标准k-ω湍流模型和标准壁面函数进行多工况数值模拟,分别对3个方案进行了性能预测,并对预测结果进行了对比分析.结果表明:导叶叶片出口边延伸可抑制由于脱流而产生涡核的演化与成长,进而消除导叶流道内的旋涡,改善次级叶轮进口处液体的流场分布.较前2个方案,方案3中的导叶结构较大幅度提升了导叶的整流能力.     

叶轮与导叶叶片数匹配对井用潜水泵性能的影响

叶轮与导叶叶片数对泵的扬程、效率等都具有较大的影响。选取250QJ140型井用潜水泵作为研究对象,采用数值计算与试验相结合的方法,在叶轮与导叶叶片数组合变化下,对井用潜水泵的性能变化规律和内部流场分布进行了研究。基于不改变其他几何参数的原则,建立16组不同叶片数组合的两级井用潜水泵模型。采用ANSYS ICEM软件对各组模型分别进行了结构化网格划分,进而在ANSYS CFX商用软件中对各组模型进行了多工况定常数值计算。各组数值计算均选用标准k-ω湍流模型和标准壁面函数,获得了各组模型在不同工况下的性能预测值。通过各组方案性能预测值的对比可以发现:在额定流量工况下,当叶轮与导叶叶片数均为7时,井用潜水泵模型的效率最高。在小流量工况和大流量工况下,泵内的介质流动角度发生了变化。在小流量工况下,增加叶轮与导叶的叶片数可以提高叶片对于液体介质的整流,进而提高井用潜水泵性能;在大流量工况下,较少的叶轮与导叶叶片数更能减轻叶片对液体介质的排挤作用。将大流量工况下性能较好的方案6进行了样机制造和性能试验,结果表明,模型性能较好,在额定流量工况下,扬程预测值比试验结果低2.4%,轴功率预测值比试验结果低1.6%,效率预测值比试验结果高1.1%,数值预测结果与试验结果随流量的整体变化趋势一致,证实了本文中数值计算的准确性。     

基于直接边界元法的潜水排污泵内流噪声数值模拟

为了揭示不同湍流模型对超厚叶片潜水排污泵流动特性及噪声的影响,以1台超厚叶片低比转数潜水排污泵为模型,基于CFD理论与Lighthill声比拟理论,对潜水排污泵的流场和声场进行数值模拟,并对不同工况下(0.6Q_N,0.8Q_N,1.0Q_N,1.2Q_N,1.4Q_N)潜水排污泵的内部压力分布特性进行分析,同时探讨了内声场和外声场的噪声产生原因及分布传播特性.数值模拟结果表明,采用SST模型得到的性能曲线最接近试验结果;当叶轮从时刻a旋转到时刻d时,隔舌附近的高压区增大;隔舌处压力脉动最剧烈,这说明隔舌处是主要噪声源;在最优工况附近噪声较小,偏离最优工况处噪声较大;噪声极大值均出现在30°~75°内,极小值在225°~250°内.     

基于热流固耦合的LNG低温潜液泵转子部件模态分析

利用UG对LNG潜液泵进行三维造型,再以ANSYS Workbench为平台,对LNG低温潜液泵的转子部件进行热流固耦合计算,得出流场对固体结构部分的热流固耦合力,把热流固耦合力作为预应力添加到转子部件上.分别对转子部件进行无预应力和有预应力作用下的模态分析,基于计算结果,提取了转子部件的前10阶模态,并把2种情况下的模态进行比较.结果表明:除了七阶、八阶振动为轴的摆动,其他各阶的振动变形都表现在叶轮上;添加预应力之后,转子部件的各阶振型没有发生变化,但每一阶的固有频率都有轻微的变化,预应力对转子部件各阶固有频率的影响很小;九阶和十阶的固有频率比较接近泵的3倍叶频,有发生共振的危险,需要对转子部件进行优化设计,使前3倍叶频都能远离各阶固有频率,从而避免泵在运行过程中发生共振;在预应力的作用下,转子部件的各阶振幅也都有小幅度的变化.     

离心泵动—静子流动耦合数值算法研究

针对离心泵动-静子流动耦合问题,采用有限体积方法(FVM)离散不可压旋转流动方程组。研究对流、扩散及源项时、空计算格式。对动子采用非惯性参考系求解相对运动方程组,对静子采用惯性参考系求解绝对运动方程组,动-静界面通过Neuman条件保持通量守恒。将动子出口相对速度转为绝对速度,作为静子进口来流条件,实现动-静子流场的耦合求解。采用模式切换实现算法。为验证算法,对Ubaldi实验用的ERCOFTAC离心叶轮及扩压器耦合流场进行数值研究,获得定常及非定常数值计算结果,并与文献进行比较,结果表明数值预测与实验在数量和分布趋势上均较贴近,验证本算法具有准确预测动-静子流场能力,可用于离心泵流动预测与研究。     

多级离心泵平衡装置间隙流动的数值计算

轴向力平衡好坏直接影响着多级离心泵的安全可靠运行。基于Fluent商用软件,采用标准k-ε湍流模型、SIMPLE算法对节段式多级离心泵的平衡装置间隙流场进行数值计算,研究平衡装置的平衡机理和间隙流场的压力分布,分析不同径向、轴向间隙下平衡装置的平衡性能,通过静压积分求得平衡装置的总平衡力。结果表明,间隙内部压力沿着液体流动方向呈线性下降趋势,进出口处均有明显压头损失。径向间隙变化对装置灵敏度和泄漏量产生较大影响,剩余平衡力随着轴向间隙的增大呈非线性变化。与压力分布试验推导结果对比分析,平衡装置平衡力计算结果误差为5.1%,差值在允许误差范围之内,说明数值计算结果是可信的,平衡装置设计合理。     

斜流泵叶轮和导叶叶片数对压力脉动的影响

为了研究斜流泵叶轮和导叶由于动静相干作用(RSI)而引起的压力脉动规律,基于标准k-ε湍流模型、SIMPLEC算法和滑移网格技术,根据叶轮和导叶叶片数及其叶片厚度设计了多种计算方案,并对不同方案的斜流泵模型进行了非定常数值模拟．采用叶轮进口、叶轮出口和导叶内部布点监测压力的方法获得了压力脉动曲线,并基于时域图分析了叶轮叶片数、导叶叶片数及其厚度对斜流泵内部压力脉动特性的影响．数值计算结果表明:斜流泵叶轮叶片动静干涉对整个流场的压力脉动影响较大,叶轮叶片数越少,叶轮进、出口压力脉动幅值越大;在设计工况下,导叶内部的压力脉动波形主要受叶轮叶片数影响,而导叶厚度对导叶内部压力脉动影响较小．研究结论将为斜流泵的设计和稳定运行提供参考．