离心泵内部动静干涉作用的数值模

采用压力边界条件对一单级单吸蜗壳式离心泵进行了三维非定常数值模拟计算,模拟过程中给定离心泵入口总压和出口静压,结合滑移网格技术,成功地捕捉了叶轮-蜗壳的动静干涉作用引起的非定常流动特性.计算结果表明,离心泵内流场周期性脉动明显,蜗壳内静压及叶片载荷分别以叶片旋转频率、叶轮旋转频率发生周期性变化.蜗壳几何形状的不对称性影响了动静干涉作用在离心泵内部的传播,引起了离心泵内流动沿周向分布不均匀现象.     

双叶片离心泵内动静干涉的三维PIV测量

为研究叶轮与蜗壳的动静干涉作用,采用三维PIV对一双叶片离心泵最优工况下叶轮流道内3个截面内的流动进行了测量,每个截面内测量9个叶片位置.结果表明：随着叶片与隔舌距离的不同,叶轮流道内的相对速度场和轴向速度场发生了明显的变化;当叶片在隔舌与蜗壳1断面间时,流道内的流量最小,相对速度场分布最为均匀;在前盖板附近吸力面的流道出口出现了低速区,形成了射流-尾迹结构,并在流道进口发现较强的轴向速度;当叶片随着旋转方向远离隔舌时,流道内的流量逐渐增大,在叶片压力面进口出现了流动分离并产生了旋涡,而流道出口的相对速度变得平稳,同时流道进口的轴向速度减弱;当叶片随着旋转方向靠近隔舌时,叶轮流道内的流量逐渐减小,流道进口的旋涡减弱并消失,流道出口的压力面附近相对速度降低,吸力面附近的相对速度增大,同时流道进口的轴向速度继续减弱.     

不同径向间隙对离心泵动静干涉作用影响的数值模拟

通过改变蜗壳基圆直径改变叶轮与隔舌之间的间隙,采用SST模型对3个蜗壳基圆直径的离心泵全流道进行非定常数值模拟.3个蜗壳基圆直径分别为184、198和214 mm,其对应的间隙率为5.74％、13.79％和22.99％.通过非定常数值模拟获得了不同基圆直径离心泵的压力脉动特性、作用在叶轮上的径向力和扭矩特性,并对其进行比较分析.结果表明:不同测点的压力脉动、作用在叶轮上的径向力和扭矩呈周期波动,均以叶片通过频率为主;不同基圆直径泵叶轮上的径向力矢量图基本呈圆形分布;随着蜗壳基圆直径的增大,叶轮上的径向力先减小后增大,各测点压力脉动幅值逐渐减小,高频脉动也逐渐减少.同时针对蜗壳基圆直径为184 mm的泵进行数值模拟,并对该泵进行了性能试验,对比分析结果表明:数值模拟的结果是可信的.     

长短叶片尾缘形状对离心泵性能与动静干涉的影响

为探究带分流叶片离心泵内长短叶片尾缘形状对其性能与动静干涉的影响,对长短叶片尾缘压力面与吸力面分别进行不同厚度切削,采用SST-SAS湍流模型对各方案进行非定常数值模拟,结合外特性与PIV试验结果验证其计算准确性,并基于压力脉动、涡量分布分析泵内动静干涉变化。研究结果表明：离心泵长短叶片尾缘压力面切削PSF可有效提高离心泵额定流量点效率,且切削厚度越大,效果越显著,长短叶片尾缘压力面切削PSF还可有效改善额定流量下的离心泵动静干涉效应,减小压力脉动能量损耗,提高离心泵性能,并延长叶片使用寿命,而吸力面切削SSF则会大幅加剧离心泵动静干涉效应。压力脉动与涡量频域分布说明,离心泵叶轮流道内动静干涉主要频率成分为轴频及其倍频,蜗壳流道内动静干涉的主频与次主频分别为fB与0.5fB。对比各方案长短叶片尾缘附近主频涡量得出,短叶片尾缘切削效应较长叶片更为显著。短叶片经过隔舌时涡结构演化程度较长叶片更为剧烈,这一现象导致了长短叶片尾缘附近动静干涉的差异性,由此产生次主频0.5fB。     

离心泵隔舌区压力脉动测量与分析

离心泵内部的压力脉动是引起机组振动及噪声的主要原因,这一现象在隔舌区尤为严重。对某单吸离心泵在变转速和变流量工况下的性能及隔舌区的压力脉动进行了定量试验研究。试验结果表明:离心泵运行在小流量工况时,其性能随转速工况的变化基本符合离心泵一维设计理论。隔舌区压力脉动测量结果表明:压力脉动以离散分量为主,其整体强度占参考动压的1%左右,且随转速近似以二次函数形式变化。定转速时,随着流量的减小隔舌外侧压力脉动强度变化不明显,但舌尖及内侧压力脉动强度有明显提高,这归因于低频压力脉动的增大。研究结果对泵类系统的减振降噪和安全性改善具有指导意义。     

双叶片螺旋离心泵非定常压力脉动数值分析

为了分析双叶片螺旋离心泵内部流动压力脉动特性,以ZJ200 - 25型螺旋离心泵为研究对象,采用Navier- Stokes方程和标准SST k -ε湍流模型对其内部流场进行了多工况全流道非定常数值模拟.在叶轮与蜗壳耦合面上以及泵进出口处设置了7个监测点,计算得出了各监测点的压力脉动时域及频谱特性.计算结果表明,各工况...     

离心泵间隙对压力脉动及径向力的影响

针对采用超厚叶片的离心式无过载潜水排污泵非定常流动所引起的蜗壳流道内的压力脉动及壁面受到的径向力的问题,基于标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,研究了间隙对压力脉动及径向力的影响.设计了基圆直径D3分别为390,435,460 mm的3种计算模型,通过对3种模型进行非定常计算,得到由于间隙的变化导致的隔舌处压力脉动的特性及蜗壳壁面所受径向力的变化规律.计算结果表明：由于叶片和隔舌的动静干涉作用,蜗壳流道内各监测点的压力脉动及壁面所受径向力的变化具有明显的周期性;蜗壳内各监测点压力脉动的主频均为叶片通过频率;在相同流量下,间隙越小,压力脉动越剧烈,主频处的脉动幅值越大;同一计算模型,随着流量的增大,在一个旋转周期内蜗壳壁面所受到径向力的平均值先减小后增大;与原始方案相比,在相同流量下,间隙增大或减小,径向力的平均值均会增大.     

多级离心泵内部非定常压力脉动的数值模拟

为了研究多级离心泵内部稳态和瞬态的流动特征,以不锈钢冲压多级离心泵为研究对象,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)软件ANSYS CFX,选取标准k-ε湍流模型,在设计工况下对整机进行两级全流场非定常数值模拟.计算结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型和计算方法的准确性.在叶轮某一流道的压力面和吸力面分别设置了4个监测点,在导叶的某一流道设置了6个监测点,分别分析了叶轮和流道式导叶内不同位置的压力脉动特性,并对其进行了频域分析.结果表明:叶轮与导叶间的动静干涉是产生静压波动的原因,静压波动均值从叶轮进口到叶轮出口逐渐增大;整体式冲压叶轮的形状影响正导叶内的压力脉动,一个周期内的压力波动间隔相似;叶轮和导叶间的动静干涉影响显著,首级泵体反导叶中部及出口位置脉动频率为3倍叶频,而在其他位置处均为1倍叶频;额定工况下导叶内部脉动主频均出现在低频处,表现为叶频压力脉动.     

泵腔径向间隙对多级离心泵泵腔内部流场的影响

为研究泵腔径向间隙对泵腔内部流场的影响,更好地优化多级泵水力性能,选取某悬臂式多级离心泵为研究对象,应用计算流体力学(CFD)与试验相结合的方法对泵腔内部流场进行研究.k-ε湍流模型下的数值计算结果与多级泵外特性试验值吻合较好,说明应用数值计算对泵腔内部流场进行分析是可靠的.设计3种泵腔间隙方案,对比分析了泵腔内部切向速度分布及压力脉动情况.结果表明:随着测速点位置半径的减小,前泵腔切向速度逐渐增大,且液体旋转速度会超出叶轮旋转速度,而后泵腔中切向速度总体呈现逐渐减小的趋势;泵腔间隙区域及叶轮出口处压力脉动主要集中在0~1 680 Hz范围内,压力脉动主频均出现在1倍导叶叶频处,主频脉动幅值由首级向末级逐级递减;泵腔间隙区域压力脉动也受到叶轮叶片数的影响,次主频出现在1倍叶轮叶频处,且在其他叶频倍频处均发生压力脉动现象.     

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。     

阶梯隔舌对离心泵压力脉动和径向力影响的数值模拟

通过改变隔舌形状,采用SST模型分别对常规隔舌和阶梯隔舌蜗壳的离心泵进行全流道非稳态数值模拟。通过模拟分别获得了常规隔舌和阶梯隔舌蜗壳的离心泵压力脉动特性、作用在蜗壳和叶轮上的径向力特性,并对其进行比较分析。结果表明：采用常规隔舌和阶梯隔舌时,离心泵进出口压力、作用在蜗壳和叶轮上的径向力均随时间呈周期波动,脉动频率均以叶片通过频率为主;采用阶梯隔舌蜗壳后,进出口压力大小值和脉动幅值均明显减弱,高频脉动成分减少,作用在蜗壳上的径向力数值和脉动幅值也减小;作用在叶轮上的径向力大小和方向时刻都在变化,且整体变化趋势基本呈圆形分布。     

低比转数变曲率叶型离心泵非定常流动分析

运用Fluent流场计算软件,采用修正的RNG k-ε湍流模型、滑移网格技术和二阶隐式时间推进法,用SIMPLEC算法对压力和速度耦合求解,数值模拟了低比转数变曲率叶型离心泵定常压力场、速度场和非定常压力场,设定了不同工况下靠近隔舌区叶轮和蜗壳之间的3个监测点,得到了3点的均压脉动度,并将计算的外特性曲线与试验进行了比对。结果表明,短叶片抑制了工作面流动的分离,改善了叶片上压力分布,叶轮出口处的射流尾迹区得到了明显改善;隔舌附近监测点的压力脉动幅值与监测点到隔舌间的距离成正比;数值计算结果为该泵叶型设计提供了理论依据。     

旋转失速条件下离心泵叶轮压力脉动特性研究

离心泵发生旋转失速时,失速团周期性地生成和脱落往往会诱发低频压力脉动,严重影响水泵的安全稳定运行。为研究离心泵旋转失速对压力脉动的影响,采用动态混合非线性SGS模型对一离心泵叶轮进行了大涡模拟,得到了叶轮内部流场和叶片上的压力脉动特性。对不同旋转时刻的内部流动进行分析,可以看到旋转失速团产生于叶片吸力面头部附近,沿圆周方向向叶片压力面运动,并逐渐衰减。对叶片上的压力脉动进行分析,发现当旋转失速发生以后,叶片上的压力脉动幅值远大于非失速工况。失速团对叶轮中的压力脉动有很大影响,叶片上的压力脉动频率以失速频率为主;叶片吸力面头部压力脉动幅值最大,并沿着水流方向,叶片上的压力脉动幅值依次减小。随着流量进一步减小,叶轮进入深失速工况,压力脉动主频幅值有所降低,而失速频率逐渐增大。     

离心泵内部不稳定流场压力脉动特性分

离心泵内部流场压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素,采用RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术研究泵内部非定常流动,得到了不同工况下监测点的压力脉动情况,并对其进行了频域分析.分析结果表明,叶轮与隔舌间的动静干扰是产生压力脉动的主要脉动源,并在整个离心泵流道内传播;且在不同工况下,叶片通过频率均占主导地位,压力面脉动幅值大于吸力面脉动幅值;蜗壳出口同一测面脉动情况近似.     

双蜗壳式离心泵内部非定常流动压力特性分析

为研究双蜗壳式离心泵内部流动特性,基于标准k-ε湍流模型和标准无滑移网格模型,应用CFX软件对其不同工况下的非定常流动进行三维数值模拟,得到了不同工况下双蜗壳式离心泵叶轮和蜗壳内部流道的压力脉动特性。计算结果表明,在小流量工况下,各监测点处的压力脉动都比较大且不均匀;在叶轮流道中,叶轮流道靠近出口边缘的压力脉动是叶轮流道其他区域压力脉动的5~8倍;在流量Q为34、110、148、160 m3/h 4个工况下叶轮分别旋转30步(90°)和90步(270°)时,压力脉动出现最大值。双蜗壳内圈流道的压力脉动强于外圈流道的压力脉动且隔舌处出现压力脉动较大值,大流量工况下双蜗壳隔舌和出口产生一定回流导致蜗壳该处附近监测点压力脉动先减小后增大。从傅里叶变换得到频域特性可知,叶频及其倍频是压力脉动的主要频率,且呈衰减趋势。     

光伏离心泵负载匹配研究

为优化离心泵负载与光伏系统的匹配特性,首先根据晴天光照分布特征通过系统配置估算方法得到所需离心泵负载在最高光照时的基本配置参数,然后根据离心泵运行的流量和扬程特性,采取不同额定流量与最大流量之比与系统匹配,分别对不同匹配下的系统性能进行分析,最后选取较优性能下的负载参数对泵选型并进行实验。结果表明:流量扬程特性曲线较斜的离心泵更适合于光伏水泵全工况运行,系统效率随离心泵的最大光照时流量与额定流量比值增大而增大,比值在1.1~1.2的离心泵,其系统全天具有较高的效率。研究结果可为光伏离心泵负载选型及优化提供参考。     

离心泵内固液两相流动的图像测量

用高速摄影和图像处理技术，对离心泵半开式叶轮内的固液两相流动进行了图像测量。由粒子运动轨迹试验结果得知；不同密度（质量）的粒子，在叶轮内部会出现分层现象，密度大于水的粒子都有向叶片工作面运动的趋势。而密度小的粒子则有向叶片非工作面运动的趋势，另外，粒子运动轨迹随水泵运行工况的变化而略有差别。沿叶轮轴向选择3个测量断面。分别对不同运行工况下不同质量粒子在叶道内分布进行试验研究。结果表明：不同质量粒子沿叶道轴向分布浓度不同，小质量粒子在靠近叶轮后盖板附近和叶片出口工作面附近区域的浓度较高，大质量粒子其结论与前者相反，同时，水泵运行工况对叶道内粒子分布浓度也有一定的影响。