关于旋转全压管测量大梯度流动的研究

采用探针测定断面流时,所产生的误差存在着取压部尺寸和有限取压孔间距离方面的原因,这就使得要想正确地测定紧靠旋转叶轮后那种大梯度的流动变得非常困难。本论文提议采用单孔全压管旋转测定作为消除这些原因的方法,对比三孔探针的测定进行静止喷嘴喷流测定的探讨,同时探讨了适用于测定旋转流道间相对流的适宜的全压管形状以及摆动角、明确了其实用性。     

泵站钟形进水流道三维湍流数值模拟与试验研究

采用雷诺方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,数值模拟了钟形进水流道6种不同喇叭管悬空高度和4种不同流量方案下的流道内流场,分析了钟形进水流道关键部位的流态特征,揭示了钟形进水流道特征断面的速度分布规律。采用五孔探针实测了流道特征断面流速分布,并以流道出口速度均匀度和速度加权入流角为目标函数,分析比较了各方案的数值计算与试验实测结果,提出了钟形流道喇叭口悬空高的合理取值范围。     

轴流泵出口能量分布特性与测定

试验发现，用常规方法测定的轴流泵出口能量偏小。为揭示其原因，用五孔探针测定轴流泵出口流场，结果表明，出流具有较大的周向流速，断面轴向流速分布很不均匀，各点单位势能不等，出水管内为螺旋流动，属急变流，简要分析了它的形成机理，并给出了用常规方法测定轴流泵出口能量的修正方法。     

导叶对轴流泵性能影响的试验

对设计模型轴流泵在无导叶和有导叶时的外特性进行测试,在导叶进出口位置开设测孔,并运用球形五孔探针对导叶进出口流场进行测量,得到绝对速度的周向、轴向及径向速度分量的分布曲线.测量结果表明：轴功率变化曲线在有导叶和无导叶时趋于一致,可忽略导叶对叶轮内流动的影响;在设计最优工况下,导叶出口绝对速度的圆周分量较小,导叶可回收的旋转动能约占叶轮出口总能量的15.7%;无导叶时泵的运行工况点向小流量工况偏移,在设计无导叶轴流泵时应在原有设计参数的基础上进行参数补偿.运用球形五孔探针测量三维流场中速度,具有适用性强、方法简单、测量精度较高的优点.试验结果揭示了导叶对轴流泵性能影响的规律,为进一步研究轴流泵内部流场提供了理论和实际应用参考.     

轴流泵叶轮出口流场实

运用球形五孔探针对自行设计的轴流模型泵3种工况下叶轮出口流场进行了测量,得到叶轮出口绝对速度的周向、轴向、径向速度分量和速度环量分布.测量结果分析表明:叶轮出口处流场呈螺旋形向外运动趋势;在最优工况下,出口旋转动能占出口总动能的34%左右,其比例随着流量的增加逐渐减小;绝对速度的径向分量较小,轴向分量随着流量的增加而加大,和设计假设相吻合;叶轮出口速度环量从轮毂到轮缘呈逐渐下降的趋势,设计时应增加轮缘处的圆周分量,减小轮毂处的圆周分量.运用球形五孔探针测量三维流场中的速度分量和速度环量分布,具有适用性强、方法简单、测量精度较高的优点.     

卧式前轴伸泵装置流道三维流动及水力损失

采用数值计算方法对卧式前轴伸泵装置的三维流场及水力性能进行了初步研究,获得了设计流量时进、出水流道的流场图以及水力损失值.同时,还采用透明流道模型试验的方法,分别对卧式前轴伸泵装置进、出水流道数值计算的结果进行了试验验证.研究结果表明：卧式前轴伸泵装置进、出水流道内的流态,数值计算的结果与试验结果一致,进水流道内的水流仅在泵轴后有很小范围的局部旋涡,进水流道出口断面的流速均匀度为96.9%;出水流道进口的水流具有一定环量,水流呈螺旋状流入流道,流道外侧的流速较大,流道中心附近流速较小.进、出水流道水力损失值,数值计算值分别为0.142 m和0.163 m,流道模型试验值为0.137 m和0.168 m,两者非常接近.该泵装置在低扬程泵站具有一定的应用前景.     

流道结构对非旋转折射式喷头水力性能影响的试验研究

以非旋转折射式喷头为研究对象,设计散水盘的流道长度、流道个数和流道出口形状,通过正交试验测试了单喷头水量分布,采用线性插值法计算射程,通过直接叠加法得到组合水量分布,计算了2.5m喷头间距下的组合均匀性系数,并运用极差分析法研究了流道结构参数对喷头水力性能的影响。结果表明:不同流道长度、流道个数和流道出口形状非旋转折射式喷头的单喷头水量分布呈波浪形上下浮动,但波动的幅度有差异。流道结构参数对射程影响的主次顺序为流道长度、流道个数、流道出口形状,对喷灌强度峰值影响的主次顺序为流道个数、流道长度、流道出口形状,对组合喷洒均匀性系数影响的主次顺序为流道个数、流道长度、流道出口形状。     

车用凸轮式氢气循环泵内非定常流动特性

为了研究高转速工况下车用凸轮式氢气循环泵内部流场分布规律和压力脉动特性,以某一种车用凸轮式氢气循环泵为研究对象,建立三维瞬态计算流体力学模型,基于ANSYS Fluent软件的动网格技术,采用Realizable k-ε湍流模型和PISO压力-速度耦合算法,对氢气循环泵全流道进行非定常可压缩数值模拟.通过在氢气循环泵旋转流道周向设置压力脉动监测点,应用快速傅里叶变换(FFT)技术获得各监测点的压力脉动频域图,得到流道内压力脉动频率分布规律.将数值模拟结果和理论分析结果进行对比,验证了基于动网格技术的数值模拟方法能较准确地预测车用凸轮式氢气循环泵内流脉动特性.研究结果表明:数值模拟得到的排气流量平均值和理论分析结果误差为4.7%,可以较准确地反映泵内部气体流量脉动规律;通过分析排气流道内涡量场分布,发现排气流道内出口回流和负的z向涡量正相关,随着出流气体占据排气流道,负的z向涡量消失;氢气循环泵旋转流道周向压力脉动主频为267 Hz,与转子旋转基频一致.研究结果为进一步分析凸轮式氢气循环泵内流脉动特性提供了一定依据.     

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.     

大型水泵装置全流道数值模拟与性能预测

采用计算流体动力学方法,对某大型混流泵装置进行了全流道数值模拟,对有泵与无泵进、出水流道的内部流动及水力损失进行了对比分析,实现了水泵装置性能预测．研究发现,水泵叶轮旋转和导叶出口剩余环量与进、出水流道的内部流场相互作用,进水流道的出口水流条件和出水流道的进口水流条件与单独计算时的假定有本质不同,对进、出水流道的水力损失和装置性能有显著的影响．在水泵装置中,进水流道的水力损失小于无水泵时的流道水力损失,在一定流量范围内,仍基本符合二次抛物线规律．与此相反,出水流道的水力损失远大于无水泵时的水力损失,在设计流量附近出现局部极小值,不再完全符合二次抛物线规律．数值计算结果得到了模型试验的验证．     

基于三维数值模拟的柳港泵站肘形进水流道优化设计

传统肘形进水流道设计采用经验设计方法,难以定量比选最优方案。以柳港泵站肘形进水流道优化设计为目标,通过改变流道顶板仰角和流道出口段高度,拟定五个设计方案,采用基于CFD的三维数值模拟方法分析流道内部流场,根据流道出口断面的流速分布均匀度、流道出口断面的速度加权平均角度和流道水力损失等参数比选,优选出最优方案。本文为进水流道设计提供了更精细的优化手段,弥补了传统经验设计方法只能定性分析的不足,得到的最优设计方案已被实际工程采纳,可供类似工程参考。     

主副流道旋转微喷头的研制和性能测试

针对现有的单流道旋转微喷头喷洒水量不均匀,旋转喷洒过程中抖动大的不足,研制开发出主流道和副流道为一体的微喷头旋转体,主流道和副流道相向设置。主副流道旋转体中的主流道控制远处的水量,副流道控制近处的水量,大大提高了喷洒的均匀度,同时保证了旋转体的重心处在旋转体转动的中心线上,克服了喷洒转动过程中抖动大的现象。喷洒试验表明,主副流道旋转体在3种喷嘴直径下,流态指数在0.47~0.58之间,为全紊流状态的非压力补偿式。与传统的单流道旋转微喷头相比,主副流道微喷头喷洒效果良好,性能可靠,扩展性强。对提高自主知识产权品牌的市场化占有率具有非常重要的意义。     

主副流道旋转微喷头的研制和性能测试北大核心

针对现有的单流道旋转微喷头喷洒水量不均匀,旋转喷洒过程中抖动大的不足,研制开发出主流道和副流道为一体的微喷头旋转体,主流道和副流道相向设置。主副流道旋转体中的主流道控制远处的水量,副流道控制近处的水量,大大提高了喷洒的均匀度,同时保证了旋转体的重心处在旋转体转动的中心线上,克服了喷洒转动过程中抖动大的现象。喷洒试验表明,主副流道旋转体在3种喷嘴直径下,流态指数在0.47~0.58之间,为全紊流状态的非压力补偿式。与传统的单流道旋转微喷头相比,主副流道微喷头喷洒效果良好,性能可靠,扩展性强。对提高自主知识产权品牌的市场化占有率具有非常重要的意义。     

混流泵出水歧管流场分析及结构改进

针对排灌作业混流泵出水歧管头部涡旋严重,歧管侧面出水流道内存在较为严重的涡旋及局部脱流问题,提出了相应的结构改进方案,以提高侧面出口断面速度分布均匀性、减小流道的水力损失为目标,将建立的参数化三维模型导入至IECM中完成网格的划分,利用CFD三维湍流数值模型进行有限体积法分析,逐步改进出水歧管流道的结构。结果表明,管道的连接圆滑过渡程度、岔管的夹角会影响流场的分布,通过这2个关键因素的改进来提高出水歧管的流道性能,从而减小水力损失。     

滴灌灌水器侧壁斜度和外形曲率对其性能的影响

基于计算流体动力学(CFD)研究了内镶式灌水器流道的流场,分析了流道侧壁斜度对其水力性能的影响,发现灌水器具有2°~4°的流道侧壁斜度能够减小其流态指数。采用离散相模型(DPM),对比了颗粒在圆弧形灌水器和平板型灌水器流道内浓度分布,并从流道截面流场速度分布、中面流场垂直速度分量分布和颗粒运动轨迹3个方面分析了颗粒浓度分布差异的原因,认为圆弧形灌水器流道中颗粒运动复杂,更易造成堵塞,其外形设计劣于平板型灌水器。采用四板式可视化平面模型装置,通过水力性能实验测量了不同工作压力下出口的流量,获得的实验结果和模拟结果相差仅有5%,并通过可视化实验获得了流场局部矢量图,验证了模拟所得灌水器流场分布的结果。     

地埋式内镶贴片滴灌灌水器水力性能模拟研究

[目的]探究地埋式内镶贴片滴灌灌水器的水力性能。[方法]对具有M型双肩过滤出口的地埋式内镶贴片滴灌灌水器进行了不同工作压力条件下的流量测试试验,并采用RNGk-ε湍流模型分别对平面简化流道、实际微弯流道、实际微弯流道+进口、实际微弯流道+M型双肩过滤出口以及实际微弯流道+上述进出口的5种情况进行了相应工作压力下的三维数值模拟。[结果]三维全流道数值模拟流量与实测流量相近,其最大误差为8.87%。无控制的出口结构,水流在出水孔中心处形成旋涡,采用M型双肩过滤机构的出口会在主流两侧产生2个旋流,出水孔中心处无旋涡。[结论]地埋式内镶贴片滴灌灌水器流道模型的微弯对贴片灌水器水力性能有一定的影响。滴灌灌水器采用M型双肩过滤机构的出口有利出流且提高了抗堵塞性能。     

涡漩对迷宫流道灌水器水流流态的数值影响分析

为分析涡漩对迷宫流道灌水器内部水流流态的影响.借助Fluent软件对矩形、齿形、三角形、梯形4种形式灌水器流道内部水流流场进行模拟,并最大限度地保留流道内主流区的流线边界,确定出4种圆弧形抗堵性能良好的无涡流道结构模型.对上述无涡流道及相应的有涡流道模型进行速度场以及压力场的研究分析.结果表明,无涡迷宫流道内水流流态介...     

自吸旋涡泵内部流动分析

基于雷诺时均方程和k-ω双方程湍流模型,应用Fluent软件对自行设计制造的自吸旋涡泵内部流场进行数值模拟.压力与速度耦合求解采用SIMPLEC算法.在模型泵外特性试验和五孔管束形探针对泵体流道静压场测量的基础上,通过对比分析数值模拟和试验结果,解释了旋涡泵汽蚀及纵向、径向旋涡产生原因,得出了旋涡泵内部总压、静压和速度分布及变化规律,并给出了旋涡泵泵体流道内部压力随流量增加而减小,且沿圆周流道静压呈非线性递增的变化趋势.得到了旋涡泵压力及速度变化规律,为以后自吸旋涡泵的优化设计及应用提供参考.     

自吸旋涡泵内部流动分析

基于雷诺时均方程和κ-ω双方程湍流模型,应用Fluent软件对自行设计制造的自吸旋涡泵内部流场进行数值模拟．压力与速度耦合求解采用SIMPLEC算法．在模型泵外特性试验和五孔管柬形探针对泵体流道静压场测量的基础上,通过对比分析数值模拟和试验结果,解释了旋涡泵汽蚀及纵向、径向旋涡产生原因,得出了旋涡泵内部总压、静压和速度分布及变化规律,并给出了旋涡泵泵体流道内部压力随流量增加而减小,且沿圆周流道静压呈非线性递增的变化趋势．得到了旋涡泵压力及速度变化规律．为以后自吸旋涡泵的优化设计及应用提供参考．     

基于非均相流模型的离心泵气液两相流动数值研究

为研究离心泵气液混输状态下的内部流动特性,基于Eulerian-Eulerian非均相流模型以空气和水作为工作介质,在不同进口含气率工况下对离心泵内流场进行定常和非定常数值计算,相间阻力作用采用Schiller Nauman模型,得到叶轮内气相分布情况以及气液两相的速度流线图,探求气液两相在泵内的流动规律。计算结果表明:在叶片进口边压力面气相浓度较高处,会产生漩涡,说明叶轮流道内漩涡的产生与气体的聚集有很大的关系;增大进口含气率到10%时,叶轮流道内靠近吸力面处已经出现比较明显的相态分离现象,气相有沿着叶片吸力面向叶轮出口运动的趋势;气相在叶轮流道内会沿流道中部向前后盖板运动,随着含气率增大,靠近前后盖板侧的气相浓度逐渐增大,靠近叶轮出口边前盖板侧的气相浓度增加较后盖板更明显,最终气体可能会堵塞流道;在一个旋转周期内,叶轮出口压力呈周期性变化,进口含气率从1%增至10%,叶轮出口压力逐渐降低,监测点在不同含气率下压力脉动主频在叶片通过频率附近,进口含气率不超过10%时对监测点压力脉动的主频及次主频影响不大;通过对比试验结果和数值计算结果,证明所采用的计算模型和方法基本可靠。