非均匀进流下喷水推进泵进流速度场的数值分析

为具体描述喷水推进泵非均匀进流的结构特点,并深入探究非均匀流对喷水推进泵性能的影响,运用CFD-Post软件提取进水流道的出流速度场,将其Profile Data文件定义为喷水推进泵的附加进流条件,数值计算非均匀进流下泵的水动力性能,并与均匀进流下的仿真结果进行比较,获得了喷水推进泵扬程和效率的降幅曲线,其下降幅值随进流场不均匀度的增大而上升.围绕喷水推进泵叶轮进口边的周向平均速度分量,具体分析泵在非均匀进流场中性能下降的原因.结果表明,喷水推进泵的传统设计方法无法满足实际工作要求,相关假设在非均匀进流中也不再适用.其中,非均匀进流场中进口预旋不可忽略;叶轮进口轴面速度和环量不再遵循线性分布规律;圆柱面无关假设也不再成立.非均匀进流对叶轮的干扰集中于叶片进口轮缘处,二次回流的出现堵塞了流道,降低了泵的过流能力,同时诱发叶片轮缘处的载荷突变,降低了泵的做功能力.     

无轴式喷水推进泵的水动力特性

为提高现有SDPM-450型喷水推进泵的水动力特性,提出了无轴式喷水推进泵的理念.采用齿轮轮缘驱动结构代替原有的皮带轮--驱动轴传动结构,避免了驱动轴对泵进流场的扰动作用.应用商业CFD软件分别对无轴式喷水推进泵和原模型进行三维建模和数值计算,围绕理论、内部流动和推进性能3个方面进行水动力特性研究.对比分析表明:驱动轴的摒弃降低了进水流道的损失系数和伴流系数,减小了不均匀进流对喷水推进泵速度场的扰动,进而加强了喷水推进泵的过流能力和做功能力;无轴式结构增强了喷水推进器的推进性能,在高航速区间内尤为明显,推力增大了20%,推进效率提高了15%;高效区间向高航速方向延伸,船舶的航行范围得以拓宽,平均增幅为3~5节.因此,无轴式喷水推进器结构上具有可行性,水动力特性上具有优越性,该研究为喷水推进装置的未来发展提供了一个方向.     

非均匀来流对乏燃料冷却泵性能的影响

非能动技术核电厂中的乏燃料冷却泵进口前有弯头存在,将导致进口来流不均匀,这种非均匀来流会对泵性能产生一定的影响.采用数值模拟方法,针对乏燃料冷却泵不同来流条件下的性能曲线以及来流流场结构的演化进行对比分析.分析结果表明:非均匀来流对乏燃料冷却泵外特性影响较小,虽然泵的进口处存在较为明显的来流畸变,流场速度分布紊乱,但是乏燃料冷却泵在渐缩段及肘形进水室的结构设计可减弱来流非均匀性的影响,叶轮进口处的影响几乎不存在.由此证明乏燃料冷却泵特殊的肘形进口结构能对来流重新整合,从而降低来流对泵的性能影响,在核电厂进口管道的设计上不需采用较长的进口管段.     

离心风机涡旋结构及失稳流动特性分析

为了了解离心风机转子区域的失稳流动特性,基于SST k-ω湍流模型,探究了风机进流面非均匀流动特性与转子区域失稳流动的匹配关系,并基于涡动力学探究了转子失稳流道的涡旋尺度与结构.研究结果表明,在设计风量下,离心风机转子区域呈现明显的非均匀流动特性,可由气流速度、流动品质划分为稳流区和失稳区.同时,风机进流面流动特性与转子区域内流特性保持较好一致性,压力、速度、进流冲角皆呈现非均匀分布.进流面高速气流仅仅冲刷转子稳流区流道,而进流面低速流体在流经转子轴端后经由离心力的作用流至各个流道.通过使用进流冲角、环量、切向速度等方法,确定了额定工况下转子区域涡旋尺度、堵塞程度最为剧烈的流道,并通过湍动能及涡核分布成功捕捉堵塞流道的涡旋结构.     

卧式泵站竖井进水流道三面进水水力特性数值模拟

针对某单向卧式引水泵站采用的竖井式进水流道进行优化设计,提出三面进水竖井进水流道,为分析三面进水下竖井进水流道的水力特性,基于雷诺时均N-S方程和k-ε标准湍流模型,采用CFD技术对该卧式泵站的三面进水竖井流道进行数值模拟,通过控制中墩的线型以及中墩宽度b形成不同的三面进水流道,从而分析不同三面进水流道的水力特性,具体分析不同方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和速度分布以及流道水力损失的状况.研究结果表明:对于不同中墩宽度下的三面进水流道,流线型中墩较矩形中墩其流速分布均匀度和速度加权平均角均较大,采用流线型中墩可以获得较好的流态;对于流线型中墩,随着中墩宽度b的减小,过水断面面积逐渐增大,各方案流速分布均匀度和速度加权平均角逐渐增大,当b=0.075B时,此时流线型中墩泵进口断面上的压力分布较矩形中墩更为均匀.     

喷水推进器全流道空化流动数值模拟

为了研究对旋轴流式喷水推进器内部空化特性,基于ANSYS-CFX软件,利用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,对不同转速以及设计航速条件下喷水推进器进行全流域空化数值计算,得到了喷水推进器两级叶轮叶片以及叶轮流道内空泡体积分数分布情况.结果表明:在喷水推进器首级叶轮吸力面轮缘处最先发生空化,随着转速的增加,空泡不断地向叶轮轮毂处蔓延,并且体积分数逐渐增加;由于非均匀进流的影响,次级叶轮吸力面进口至出口中部低压区开始出现空泡;且受流动传递性的影响,次级叶轮处在靠近水平面下半叶轮通道内的叶片空化更为严重;在不同的NPSHr下,由于首级叶轮的预压,次级叶轮压力面一直没有空泡附着,表明对旋轴流式喷水推进器具有良好的抗空化性能.     

叶片进口修圆对斜流泵性能影响的CFD分析

选取一台比转速为425的斜流泵为研究对象,研究叶片进口修圆对斜流泵性能的影响。首先建立叶片工作面、背面进口修圆和无修圆2种叶轮的三维模型,然后采用ICEM进行非结构四面体网格划分,最后基于Ansys CFX 15.0对2种方案进行CFD定常计算,得到了模型泵设计工况下的外特性以及内部流动信息。依据CFD计算结果分析了叶片进口修圆对斜流泵性能的影响。性能预测结果表明叶片进口处修圆会使模型泵的扬程降低1.6%,效率降低0.8%。内流分析结果表明叶片进口修圆后可以改善叶片进口处的压力和速度分布,但容易导致在叶顶间隙处出现强漩涡,从而使泵性能下降。     

对旋轴流式喷水推进泵的进口预旋

为了研究喷水推进泵在小流量下效率下降较快的原因,应用计算流体动力学方法对不同工况下的喷水推进泵进行数值模拟,研究进口预旋的产生和发展,分析进口预旋对效率的影响以及转速对进口预旋的作用.结果表明:在设计工况Q_d时,首级叶轮进口的绝对速度圆周分量v_u接近0,基本不随流道半径的变化而变化,进口预旋可以忽略;0.8Q_d时,v_u随流道半径的增加出现小幅增大,仅仅在轮缘处有较小的正预旋;从0.6Q_d开始,预旋变化明显,流量越小,预旋变化越大.小流量下,降低首级叶轮的转速,可以有效地改善进口预旋,提高泵的效率;通过调节叶轮转速,可以有效地改善泵内部的流动状态并通过比较分析出小流量相对较优的转速.研究结果对于其他比转数的喷水推进泵的进口预旋分析具有重要的指导意义.     

翼型化叶顶对微型喷水推进泵内流场的影响

不同叶顶形状有不同漩涡分布,导致叶顶涡量分布不同,影响喷水推进泵内部流动。为研究翼型化叶顶对微型喷水推进泵内流场的影响,采用ANSYS CFX对微型喷水推进泵进行数值计算。在其他参数不变的情况下,研究3种不同翼型化叶顶(尖峰型、均匀型及S型)对漩涡及内部流动的影响,并与原始叶顶进行对比分析。研究结果表明:翼型化叶顶改善了叶顶及叶片背面涡量,叶轮进水端处高压区域范围明显减小且出水端速度分布更均匀。3种翼型化方案内流场分布区别不大,均匀型叶顶的涡量范围最小;S型叶顶高压区范围最小,且出水端高速区域面积最小,轮毂到轮缘速度布局最均匀,流动稳定。     

基于流道进流指标分析的大型泵站进水池优化调度研究

大型泵站多台机组共用进水池,不同机组运行组合时进水池内流态不一,泵站流道进口的水流条件也有所区别,较优的调度方案可避免较差的进流流态从而保证泵站机组运行的稳定性及效率。结合某大型泵站工程,建立进水明渠、箱涵、进水池及进水流道三维数学模型,并以流道进口断面流速均匀度和流速加权平均偏流角为进流指标函数对不同机组组合运行时的进水池内流态及流道进口进流条件进行研究。研究表明:不同开机组合时,泵站进流条件存在一定的区别,并主要体现在流速加权平均偏流角。在开启相同机组台数情况下,机组相邻运行较间隔运行更优,中间机组运行较2侧机组运行更优。根据全组合试验研究提出了不同机组运行数量时的较优组合方案。研究成果可供类似工程参考。     

入口非均匀流对轴流泵性能和压力脉动的影响

为研究入流条件对轴流泵的影响,建立了2种不同类型的非均匀速度入口分布,分别与均匀入流进行比较,得到非均匀入口边界条件对轴流泵影响的数值计算结果.将均匀入流下的数值模拟结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.在0.7Q~1.2Q工况范围内,对轴流泵的扬程、效率和径向力等曲线进行了对比分析,得出受入口速度非均匀性影响、轴流泵性能和径向载荷的变化结果.最后,在定常模拟的基础上,对设计工况下叶轮入口、叶轮出口和导叶出口处的压力脉动进行了监测,得到了2种非均匀入流条件对轴流泵3个典型位置处压力脉动的影响情况.结果表明,通过控制进口入流情况,可以使文中所研究的轴流泵的水动力性能好于轴向均匀入流时的水动力性能.     

凸轮转子泵的流场及脉动特性数值分析

随着舰船减振降噪要求的进一步提高,管路噪声逐步成为这一目标的主要障碍,而泵类设备则是管路噪声最主要的噪声源.传统离心泵由其高转速及强烈的动静干涉决定了它在进一步降低自身诱导噪声上的局限性,而新型的凸轮转子泵则具有较大的优势.因此为研究该型泵的主要性能与流场特性,在系统分析凸轮转子泵的工作原理及技术特点的基础上,建立了该泵的二维、三维直翼、三维扭曲翼模型,通过基于动网格的CFD分析计算了凸轮转子泵的流场及脉动特性.计算结果表明:新型凸轮转子泵的流量与转速呈线性关系且呈现出周期性脉动;泵内压力分布稳定,各区域没有明显的压力梯度,在转子间隙及进出口区域存在旋涡及流动分离现象,此处流速较大;转子泵泵内压力脉动随转子叶片数的增大及采用螺旋翼型能够得到有效降低,而随着转速的增大也会迅速增大.     

轴流泵双驼峰特性与内流场测试研究

为研究轴流泵在小流量工况双驼峰区域下的水力稳定性,探讨轴流泵扬程-流量曲线稳定性与内流场特性的关系,针对一比转数为825的轴流泵进行了测试研究.依次通过外特性能量曲线测试、内流场示踪粒子高速摄像机拍摄、壁面压力脉动采集、叶轮进出口截面速度LDV测试,获取了叶轮在小流量工况下的内外水力特性.由能量特性结果发现轴流泵的扬程...     

高速潜水轴流泵的空化特性

为研究轴流泵内部的空化特性问题,选取1台比转数ns=700的高速潜水轴流泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件进行数值计算,得到外特性曲线,发现在大流量工况下外特性计算结果与试验误差较大.利用Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型对潜水轴流泵进行空化定常模拟,求得各工况下泵的临界空化压力,通过分析...     

船用喷水推进器内部流动特性分析

为了解航速对船用喷水推进器内部流动特性的影响,以轴流式喷水推进器为研究对象,基于ANSYS-CFX软件,采用N-S基本方程和标准k-ε湍流模型,对以额定转速5500 r/min以及不同航速条件下的喷水推进器进行全流域定常数值模拟,得到了不同航速下喷水推进器叶轮叶片在不同切面上的压力载荷情况,各个过流部件上的湍动能变化规...     

不同航速下喷水推进器压力脉动分析

为了了解喷水推进器内部压力脉动特性,以对旋轴流式喷水推进器为研究对象,基于计算流体动力学CFD方法,采用雷诺时均法并引入SST k-ω 湍流模型使方程封闭,对喷水推进器进行设计工况下的非定常数值模拟.经网格无关性检验后,计算得到的推进器功率与扬程的设计值基本一致.在喷水推进器进水流道与首级叶轮之间、两级叶轮间隙之间、次级叶轮与导叶间设置监测点,监测不同位置的压力脉动数据,得到各监测点的时域图和频域图,并对各监测点的压力脉动特性进行对比分析.以设计工况下的喷水推进器相同位置处压力脉动作为参照,对比分析了不同航速下推进器各监测点处脉动分布情况.结果表明:推进器首级叶轮对其进口处压力脉动作用较大,次级叶轮对两级叶轮间隙处脉动影响较大;在低航速下,导叶对次级叶轮出口处脉动影响较大;沿轴线方向,喷水推进器两级叶轮间隙处脉动的幅值最大,在高航速下,次级叶轮出口处脉动幅值增大且变化剧烈.     

弱辐射下光伏离心泵的流动计算与试验

在太阳弱辐射下,推导了光伏离心泵入口附近的冲击损失公式.分析了转速降低时二次流的部位和范围,并讨论了辐射的锯齿波动和有向持续改变对流场造成的影响.应用计算流体动力学Fluent软件,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,考虑4种不同的辐射条件,采用SIMPLEC算法对设计的光伏离心泵进行计算,并通过试验进行验证.计算和试验结果表明,入口冲击损失主要取决于圆周速度平方;流场内会出现正反向交替的振荡脉动,产生压力扰动波和稀疏波;随着太阳辐射减弱,入口先出现冲击损失,然后变成与旋转方向相同的漩涡;出口扰动滞后于入口扰动,先发生在叶片背面附近,然后迅速向下一叶片压力面发展.     

气液两相条件下离心泵内部流态及受力分析

为研究离心泵在气液两相条件下叶轮内部流态及受力情况,选取一比转数n_s=129的离心泵为研究对象,基于CFX软件提供的Eulerian-Eulerian非均相流模型对泵内部流场进行三维瞬态数值模拟,得到不同初始气相体积分数下叶轮流道内气相体积分数分布及叶片载荷等物理量变化规律,并将数值模拟结果与试验结果进行对比验证.结果表明:叶轮内气体主要集中分布在叶片吸力面区域,出口处则集中分布在流道中间区域,叶轮前盖板区域气相体积分数大于后盖板区域;当初始气相体积分数逐渐增大时,叶轮流道内流动紊乱,气液两相流动的不均匀性加剧,旋涡区域增大;随着初始气相体积分数的增大,叶片进口到靠近出口位置,叶片压力面所受压力载荷相对于吸力面减小的更快,而在出口位置附近叶片吸力面压力载荷减小的更快,叶轮径向力的不平衡性加剧,叶轮所受转矩减小.数值计算结果与试验结果在趋势上趋于一致.