基于数值模拟的CP型喷射泵喉管长度计算

采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,针对某一种CP型喷射泵的内部流场进行了数值模拟,模拟中考虑几种不同的喉管长度,对比分析了泵的性能和内部流场.结果表明：喉管长度对泵的性能、沿程压力和内部流场有重要影响.不考虑汽蚀因素影响,在2.5-6.0倍喉管直径范围内,喉管越长,喷射泵的最高效率也就越高,最高效率点随之右移.通过对效率、喉管出口断面的动能修正系数、动量修正系数及沿程压力变化曲线的分析,表明在3.7-4.5倍喉管直径范围内,该泵在设计工作点的性能最优.综合以上各因素,该CP型喷射泵最优喉管长度应为喉管直径的3.7-4.5倍.     

喉管长度对环形射流泵性能影响的数值模拟

基于有限体积法和Realizablek-ε紊流模型,应用Fluent软件对环形射流泵内部流场进行数值模拟,并对计算的可靠性进行验证.由射流泵内部流场可以看出,环形射流泵射流的扩展混合在喉管和扩散管中均存在.针对不同喉管长度下环形射流泵内部射流扩展和壁面压力分布情况,模拟分析了不同喉管长度对环形射流泵性能和效率的影响.结果表明,喉管长度对喉管内射流扩展、环形射流泵性能和效率均有一定影响.喉管越长,射流扩展混合程度越好,但过长的喉管会带来较大的摩阻损失.根据效率最高原则,环形射流泵喉管长度Lt应符合Lt/Dt=2.17-2.89,其中当喉管长度为喉管直径2.69倍时效率最高,可达到35.6%.     

旋喷泵内流场的数值计算及性能预

对旋转喷射泵内的流场进行了数值模拟，计算得到了泵内部湍流流场的分布规律，并将计算结果与试验得到的结果进行了对比和分析.对于了解旋喷泵内部流动情况，提高旋喷泵的效率，特别是叶轮和集流管等有关几何参数对泵性能影响，改进旋喷泵的水力设计很有参考价值。     

旋喷泵内流场的数值计算及性能预测

对旋转喷射泵内的流场进行了数值模拟，计算得到了泵内部湍流流场的分布规律，并将计算结果与试验得到的结果进行了对比和分析。对于了解旋喷泵内部流动情况，提高旋喷泵的效率，特别是叶轮和集流管等有关几何参数对泵性能影响．改进旋喷泵的水力设计很有参考价值。     

喉管直径对文丘里施肥器性能影响的数值模拟

基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,利用Fluent软件对文丘里施肥器的内部流动进行了数值模拟,并对数值计算方法的正确性进行了验证.模拟分析了喉管进口直径为4,5,6 mm,以及出口直径与进口直径之比λ为1.0,1.1,1.2,1.3和1.4时15种结构方案的吸肥性能.结果表明：喉管直径对喉管及扩散段内流动特性、吸肥性能和效率均有一定影响,但出口直径与进口直径之比λ对文丘里施肥器性能的影响要明显甚于喉管进口直径.根据效率最高原则,喉管直径比应为1.2～1.3.建立了λ=1.2或1.3时文丘里施肥器吸肥效率与流量比之间的回归模型,并应用回归模型预测了吸肥效率最大值.喉管进口直径4 mm的文丘里施肥器当直径比为1.3时吸肥效率可达到15.5%,与直径比为1.0相比,前者的扩散段内部流动平顺、无漩涡出现,且相同横截面的平均湍动能值要小.该研究结果为文丘里施肥器的优化设计提供了一定的理论参考.     

高吸程射流泵装置的气蚀临界沉没度研究

随着河水等水位的不断下降,高吸程喷射泵得到越来越多的应用。当射流泵内压力低于流体的汽化压力时,就会发生气蚀,不仅对进入喉管的流体有节流的作用,减小流量,还会剥蚀射流泵部件壁面,产生噪声,降低泵效。为了避免气蚀的发生,就要控制高吸程喷射泵的气蚀临界沉没度。本文推导出了气蚀临界沉没度的计算公式,通过已知的高吸程喷射泵产品性能参数及下泵深度求得气蚀临界沉没度。通过试验,间接测量了两组扬程分别为44m及34m的高吸程喷射泵正常工作时的最大吸程,验证了理论计算结果。通过对计算所得气蚀临界沉没度和试验测得的最大吸程比较分析,发现高吸程喷射泵射流泵无法正常工作的原因是发生了气蚀或工作压力太小,可以采取调节下泵深度或增加工作泵扬程等措施以满足使用需要。     

液体射流泵内部流动分析:Ⅰ试验与三维数值模拟

对偏向吸入和水平放置的液体射流泵的基本性能和内部流动分别进行了试验和三维数值模拟．数值模拟采用k-ε双方程湍流模型和SIMPLE算法,数值模拟结果与试验结果在最高效率工况附近基本重合．利用数值模拟结果对射流泵内两股流体的混合过程和流动规律进行了分析,发现对于大流量工况(流量比q>08),在喉管入口06倍喉管直径长度内,出现由局部损失和摩阻损失引起的当地压力比降低,被吸流体能量损失的现象;随着流量比的增大,单位被吸流体获得能量减少,两股流体传能距离增加,速度混合均匀长度为6～8倍喉管直径,大于喉管内压力比达到峰值的长度;喉管内两股流体混合流动过程与形成充分发展湍流过程类似;对偏向吸入的射流泵,吸入腔体内流动不对称,导致内部截面存在二次流动诱导旋涡,但是喉管内二次流动速度远小于主流速度,因此采用二维理论分析能够反映射流泵性能的主要特征．     

多喷嘴液体射流泵的设计及试验研究

为研究多喷嘴射流泵设计方法及结构参数对泵性能影响,提出了基于经验系数多喷嘴射流泵的设计方法,并设计了不同喷嘴参数的射流泵.采用试验方法对射流泵进行了特性测试,结果表明,喉管内部速度梯度较大.说明工作流体与被吸流体混合较快,验证了多喷嘴射流泵能够缩短喉管长度.采用粒子图像测速(PIV)技术,对4喷嘴射流泵的内部流场进行了测量,得到射流泵内部流场的速度和湍动能分布,结果表明喉嘴至喉管入口段径向速度梯度较小,轴向速度梯度较大.试验结果为多喷嘴的理论计算和合理设计提供了可靠的依据.     

多孔喷嘴射流泵流动模拟与涡结构分析

基于有限体积法和Realizablek—s湍流模型,对多孔喷嘴射流泵内部流场进行数值模拟和分析,并与试验结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性．引入涡动力学理论对喉管内部工作流体和被吸流体的混合机理进行分析,研究了喉管内部流向涡和展向涡的分布及其峰值沿流向的变化．结果表明：多孔喷嘴结构能够加快工作流体和被吸流体的混合,提高射流泵的效率;射流泵喉管内的涡结构对工作流体和被吸流体的混合有重要影响,相对流向涡而言,展向涡的强度较大,在喉管内的衰减较为平缓;在射流泵中,对两股流体起主要掺混作用的是流向涡,其强度和衰减的速率决定了混合效率;在涡量一定的情况下,流向涡越强,衰减越快;展向涡结构越小,越能加速喉管中的混合,从而提高泵的效率;喉管内涡的分布表明,位于喷嘴中心的出口可能导致较大的损失,各孔喷嘴出口应优先沿圆周方向布置．     

多喷嘴液体射流泵的设计及试验研

为研究多喷嘴射流泵设计方法及结构参数对泵性能影响,提出了基于经验系数多喷嘴射流泵的设计方法,并设计了不同喷嘴参数的射流泵。采用试验方法对射流泵进行了特性测试,结果表明,喉管内部速度梯度较大,说明工作流体与被吸流体混合较快,验证了多喷嘴射流泵能够缩短喉管长度。采用粒子图像测速(PIV)技术,对4喷嘴射流泵的内部流场进行了测量,得到射流泵内部流场的速度和湍动能分布,结果表明喉嘴至喉管入口段径向速度梯度较小,轴向速度梯度较大。试验结果为多喷嘴的理论计算和合理设计提供了可靠的依据。     

射流式离心泵不同喉管长度对自吸性能的影响

为研究射流式离心泵喉管长度对泵自吸性能的影响规律,运用CFX软件提供的Eulerian-Eulerian多相流模型,对不同喉管圆柱段长度的射流式离心泵内部气液两相流动进行定常数值模拟,得到泵内部压力、气相速度以及的气相体积分数的变化规律,分析其对自吸性能的性影响,并通过试验进行验证.模拟结果表明:当喉管圆柱段长度为10 mm时,喉管处静压值将降低,卷吸作用得到加强,且其轴线上的气相过流速度进一步提高,整体增强了气相分离能力,泵的自吸性能明显提高;当喉管圆柱段长度为15 mm时,其对射流器内部静压值以及气相速度影响甚微,由于流动损失增加导致做功能力减弱,泵的水力性能降低.试验发现:当喉管圆柱段为10 mm时,自吸高度由原来的7.45 m提高至9.15 m,自吸时间也由原来的148.5 s缩短至90.0 s左右,自吸性能得到明显提高,且满足设计运行要求.     

多喷嘴射流泵流场的数值模拟与PIV测量

为研究多喷嘴射流泵性能和内部流场特征,设计了不同结构的多喷嘴射流泵试验模型.采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟,模拟结果表明,喷嘴数和喷嘴角度及喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大.利用PIV系统对不同结构射流泵内部流场进行了三维测量,获得了射流泵对称面流场的速度矢量和湍动能等值线图.试验结果表明,其速度梯度衰减得愈快,工作流体和被吸流体混合距离越短.验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度.测量结果证明数值模拟的正确性,为多喷嘴射流泵理论研究和合理设计提供了理论依据.     

小型气液射流泵内部流场数值模拟及优化选择

为深入研究采用空气作为工作流体的气液射流泵性能和特征,设计了不同结构的气液射流泵试验模型.应用VOF方法,结合k-ε湍流模型,根据试验所得数据确定边界条件,对相同工作气体压力和不同参数下的气液射流泵内部流动进行了数值模拟.模拟结果表明,带有扩张式喷嘴的气液射流泵流体的速度和静压分布情况比非扩张式喷嘴的气液射流泵的好;喉嘴距为5mm气液射流泵的速度分布情况较佳;混合室直径为6 mm的气液射流泵的速度分布情况较好.带有扩张式喷嘴喉嘴距为5 mm及混合室直径为6 mm的气液射流泵有较好的速度分布.     

超大面积比射流泵性能模拟与试验研究

根据工程需求并借鉴传统射流泵的设计方法,设计了面积比分别为57.40和60.05的2种超大面积比射流泵.基于有限体积法,采用Realizable k-ε湍流模型和标准壁面函数法,对这两种面积比的射流泵进行三维数值模拟和结构优化,并得到其优化后的性能拟合方程.模拟结果显示,随着面积比在一定范围内增大,最高效率点右移,最优喉管长度增加.按照优化后的结构参数加工射流泵,将2种出口直径的喷嘴和3种直径的喉管进行组合得到6种面积比射流泵,然后在4种不同工作压力下进行水槽试验.试验结果表明：超大面积比射流泵内部流动同样存在自模性;现有汽蚀流量比的预测理论高估了超大面积比射流泵的汽蚀性能,因此需要对该预测理论进行修正;试验数据与数值模拟结果符合较好,验证了数值模拟的可靠性以及采用数值模拟进行结构优化的可行性.对超大面积比射流泵的研究,拓宽了射流泵的应用范围.     

基于环对称掺气的液体射流泵试验研究

为改善液体射流泵性能,提出了在喉管处环对称掺气的方法.通过射流泵水力试验,研究了不同掺气条件下各流量比工况的基本性能及空化特征.试验表明：喉管适量掺气后,未达到极限流量比工况时压力比总体略有提升,效率变化率增值为0.3%～4.9%,接近极限流量比时增效最为明显;极限工况时掺气可以改善空化性能,实测喉管及扩散管的压力脉动明显减弱,且射流泵极限流量比有所增加、正常工作范围变大;较优的掺气率(空气与混合液的体积流量比)为2.0%～3.0%.研究表明：与水相比,空气的黏度系数较小,少量空气被液体携带贴着管壁流动,可降低近壁面水流阻力、减小沿程水头损失,有利于提高射流泵传能效率.在极限工况时空气自然吸入可提升喉管内压力、减免射流泵空化、改善运行性能.环对称掺气的研究成果,可为液体射流泵的性能优化提供一定的参考依据.     

射流泵装置性能预测方法

提出了一种射流泵装置性能预测方法,并进行了试验验证.以射流泵试验所得射流泵的流量比与压力比曲线,以及离心泵的流量扬程曲线作为预测初始条件,通过射流泵装置2种吸上高度4.5和9.0 m的性能试验,比较各流量比时装置工况点试验值与预测值精度,发现数值解法整体误差较小,能更好地反映射流泵扬程随流量比变化的情况,但与试验值相比仍存在误差且个别工况点误差较大,需进一步修正.引入预测值与试验值的比值作为修正系数,通过Plackett-Burman试验设计,从吸上高度、面积比、喷嘴直径、流量比、喉嘴距、喉管长径比、泵转速等因子中筛选出对射流泵扬程影响效应显著的面积比及流量比作为修正公式的关键参数,利用遗传算法和公式自动搜索拟合,得到射流泵扬程的计算公式,且相关系数超过0.99.通过射流泵装置在吸上高度为3.5和8.0 m的试验结果比较,表明具有较高的可信度.     

脉冲液-气射流泵能量平衡

应用能量平衡分析方法,得到脉冲液-气射流泵内能量损失的压力比表达式,分析其传能及传质的机理和主要影响因素,研究了主要流动部件的能量损失变化对脉冲液-气射流泵性能的影响,并进行了相应的试验研究和数值研究.研究可知最优面积比的液-气射流泵应是在较大的流量比区间具有较好的压力比,通过5个面积比的试验得到最优面积比为4.34.研究结果表明：主要流动部件的能量损失的理论分析与试验结果基本一致;计算了主要流动部件的能量损失压力比,分析其与面积比和流量比的关系;脉冲射流频率、射流泵的面积比、流量比和射流泵喉管长度是影响射流泵能量平衡和液-气射流泵能量特性的主要因素.通过各面积比下,脉冲与恒定液-气射流泵能量损失压力比、性能、效率的试验数据进行对比研究,验证了脉冲射流是提高液-气射流泵效率的有效途径.