基于轴流泵叶轮设计的潜水搅拌器特性分析

为了研究潜水搅拌器叶轮设计方法、探索搅拌流场的内部流动机理,以轴流泵叶片设计方法为基础,对其进行修正得到潜水搅拌器叶轮模型,并采用变环量流型设计叶片,利用水力设计软件设计了潜水搅拌器叶片,对叶轮进行三维建模和网格划分,并对其进行数值模拟求解。将计算结果与轴流泵ZM30模型和贝特叶轮进行对比分析,并对设计的搅拌器叶轮进行模型试验,验证了其良好的搅拌性能。     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.     

基于搅拌流场分析的潜水搅拌器优化设计及工程应用

潜水搅拌器作为主要的污水处理设备,其搅拌和推流的效果对污水的处理质量有着重要影响.对于潜水搅拌器的搅拌流场,应用κ-ε湍流模型来封闭运动方程,采用贴体坐标变换技术,利用Fluent软件对该复杂流场进行求解.结果表明:搅拌器叶轮运行时产生旋向射流,按照类似椭圆形的等速度线向前推进,中心速度较快,向外做扩展运动,利用体积流来输送液体.并通过改变搅拌器叶轮的设计参数,对模拟结果进行对比分析,提出优化设计方案,现场运行效果良好,效益显著.     

高转速轴流泵性能及叶轮内湍流流场分析

为了探索高转速轴流泵的性能及内部流场特性,自行设计一转速为2 900 r/min的轴流式模型泵,并基于ANSYS CFX 11.0商用软件,采用κ-ε模型对模型泵多个工况点进行了三维湍流数值计算,计算得到了叶片表面的速度、压力分布.基于数值计算结果对高转速轴流式模型泵性能进行预估和叶轮内部流场分析,结果表明:高转速轴流泵最高效率较低,但效率曲线平坦,高效区较宽;叶片压力面存在小范围的径向流动.最后,提出对叶片进行优化设计的思路,为研发性能优良的高转速轴流泵提供一定的参考.     

用CFD模拟分析单层、双层搅拌桨叶对搅拌效果的影响

搅拌器被广泛应用于许多工业工程中,文章应用商业计算流体软件Fluent对搅拌槽内的混合过程进行三维数值模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准模型。通过对搅拌流场、固液浓度比以及功率因数等方面的分析,来判断安装单层、双层搅拌桨叶对搅拌混合的影响。     

离心式叶轮三维反问题设计和数值计算

为解决离心式叶轮传统设计方法主要依赖于设计者经验以及设计周期较长等问题,采用三维反问题设计方法,根据给定的流场进行叶轮形状的设计,从而提高设计过程对叶轮性能的控制能力.三维反问题设计方法基于无黏有势流假设,将三维速度场分解为周向平均速度和周期速度进行求解,实现了在二维轴面流道上叶片形状和流场的三维计算.三维叶片形状根据速度在叶片表面满足滑移条件计算得到,同时获得该叶轮形状下其内部三维流场的计算结果.采用自编三维反问题设计程序进行了离心式叶轮的设计计算,并利用三维定常湍流数值计算技术对设计结果进行了流场模拟和性能评价,流场的模拟结果与设计方法计算结果定性吻合,验证了设计方法的有效性.研究结果表明：将三维反问题设计方法和三维湍流数值计算技术结合可有效缩短设计周期,提高设计质量,并可用于各种叶轮机械的设计.     

基于逆向工程的混肥搅拌器重构及CFD模拟

以灌溉施肥系统重要组成部分混肥搅拌器为研究对象,基于逆向工程技术,对搅拌器叶片进行三维重构和偏差分析,结果显示:重构叶片曲面90%以上区域精度达到±0.1 mm。基于ICEM软件对搅拌器流场域进行建模和非结构网格划分,采用多重参考系法、欧拉模型和RNG k-ε湍流模型实现不同搅拌速度和桨叶离槽底高度下搅拌器性能的CFD模拟,对不同工况下搅拌器的搅拌效果进行分析讨论,为混肥搅拌器的应用和优化设计提供一定参考依据。     

开启涡轮式搅拌器的流场分析及结构优化

对于开启涡轮式搅拌器的搅拌流场,采用多重参考系法、标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,应用Fluent软件对其进行数值模拟,并用PIV实验进行验证。结果表明:数值模拟与实验结果基本一致,选用的MRF模型符合实际;对叶片数为4、桨叶倾角为45°、桨径为100mm的常用开启涡轮式搅拌器在转速为120r/min时进行模拟,发现桨叶区产生径向流,在挡板附近形成漩涡,在釜底存在搅拌死区;对搅拌器叶轮设计参数进行优化,发现当桨径为170mm、桨叶倾角为45°、叶片数为6时所产生的搅拌死区最少,搅拌效果最佳。     

轴流泵多工况变速调节的内部流场模拟

为了研究变速调节下轴流泵的性能和内部流场特性,基于 ANSYS CFX 软件,采用ｋ－ε模型对模型泵多个工况点进行了三维湍流数值计算,计算得到了轴流泵的性能曲线和叶片表面的速度、压力分布。基于数值计算结果对轴流式模型泵性能和叶轮内部流场分析,结果表明：随着转速的增加,扬程曲线升高。效率曲线则随转速的降低而左移。在偏离设计工况的小流量区域,通过变速调节可以扩大轴流泵的高效工作区。     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

基于三元设计及数值试验轴流泵抗空化性能

为了提高轴流泵抗空化性能,采用泵的三元设计理论与数值试验相结合的方法,研究了汽蚀比转数为1 290的轴流泵抗空化性能.在相同的流量、扬程、转速等设计指标下,采用泵的三元设计理论对具有不同叶片数和过流通道形状的轴流泵模型分别进行了设计;并采用数值试验手段对所设计轴流泵模型性能进行计算和分析,得到了适合于该轴流泵的过流通道形状和最佳叶片数.运用相同的方法对不同叶片负载分布规律的轴流泵叶轮分别进行了设计,并采用数值试验手段计算了各水力模型的扬程、功率和效率特性曲线,对比和分析了不同负载分布规律对泵效率和抗空化性能的影响,得到了有利于轴流泵空化性能提高的负载分布规律.最后,根据数值计算结果,对如何有效提高轴流泵抗空化性能提出了建议:叶轮叶片后部重载光顺无阻塞的过流通道、适当增加叶片数将有利于轴流泵抗空化性能的提高.     

轴流泵流动噪声数值模拟

为了研究轴流泵内部压力脉动和流动噪声在不同工况下的变化规律及其关系,采用数值模拟方法,应用计算流体动力学软件Fluent和声学软件LMS Virtual Lab分别模拟轴流泵流场和声场分布,并进行时域和频域分析.取叶片非定常脉动力作为声源,运用边界元法对比分析了有泵壳振动影响和无泵壳振动影响下泵壳体边界声场分布的不同.结果表明：叶轮叶片、导叶叶片和动静交界面处监测点的静压均表现出明显的离散频谱特性,叶片通过频率（BPF）是压力脉动和流动噪声的主频,这是由叶轮和导叶之间的动静干涉引起的;而流动噪声在2倍谐频（133.4 Hz）和3倍谐频（200.1 Hz）处也有明显峰值,这是由叶轮叶片和泵壳壳体振动引起的.忽略泵壳振动影响的情况下,噪声水平偏大,考虑声振耦合的噪声情况更接近于实际,所以结构振动是噪声辐射分析的重要因素.噪声指向性分布图表明了叶片噪声辐射具有明显的偶极子特性.     

组合桨搅拌槽内部流场数值模拟

针对组合桨组合形式在不同应用场合的匹配问题,采用计算流体力学(CFD)的分析方法,基于Fluent仿真软件,分析双螺带及六斜叶涡轮桨基于不同组合位置的内部流场情况采用多重参考系(MRF)方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,得到搅拌桨在240 r/min的搅拌转速下产生的流场数据.分析搅拌器在特定界面处轴向、周向、径向的速度矢量图以及其综合速度云图,并对位置互换的流场进行分析和比较,选出上双螺带桨下涡轮桨为最佳的桨叶组合形式,此种组合桨型对于提升搅拌器在相关领域的应用和发展等有参考价值.     

潜水轴流泵内部固液两相流动的数值模拟

为分析潜水轴流泵流道内部固液两相流动特征,采用Mixture多相流模型,RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用Fluent软件对一污水处理厂用潜水轴流泵中固液两相流动进行了数值计算.并与清水单相流数值计算结果进行了对比,揭示了不同颗粒固相体积分布和颗粒直径条件下潜水轴流泵流道内的固液两相流动规律.结果表明：在叶轮流道内,固体颗粒主要分布于叶轮压力面上,而在叶轮吸力面的分布较少;在叶片压力面上,固体颗粒主要集中于叶片进口处和靠近轮毂处;当颗粒固相体积分布不变时,随着粒径的增大,会出现颗粒由压力面向背面迁移的趋势,而在背面会向出口处迁移;当粒径不变时,随着颗粒固相体积分布的增大,在叶片压力面上颗粒逐渐向进口和轮毂处靠拢,而在叶片吸力面上颗粒不断向着出口及靠近轮毂处迁移.     

双旋涡轮叶片不同参数下外流场模拟分析及优化

【目的】研究搅拌器中双旋涡轮叶片的外流场特性与叶轮参数之间的关系。【方法】采用叶轮设计理论分析、模拟与优化等方法,研究双旋涡轮叶片数、叶片开孔、中心轴开孔这3个影响因素对外流场的影响结果,对模型进行分析和整体优化,与传统斜叶涡轮叶片对比研究。【结果】叶片数量、叶片开孔及中心轴开孔的分析情况中,叶片数目为6时外流场的循环环流明显,环流强度较大,即搅拌效率最高;叶片开孔与中心轴开孔的情况,在一定程度上破坏了循环环流,降低了搅拌效率,即无孔方案更佳;在对流场的模拟分析中,叶片数量对外流场影响最大。【结论】在3个不同影响因素下,叶片数量在3个影响外流场的因素中作用最大;叶片有孔相较于无孔降低了搅拌效率;中心轴开孔相较于无孔,在一定程度上降低了搅拌效率模拟分析中最佳方案为6叶片无孔涡轮叶片。上述模拟分析结果,在涡轮叶片的分析中有一定的参考作用,为以后搅拌器的叶轮分析研究提供了相关理论依据。     

卧式植保混药机设计及其混合均匀性模拟研究

针对传统混药过程中混合不均匀等问题,设计一种卧式植保混药机并对其混合均匀性进行模拟试验。首先对混药机的搅拌功率、输药、输水装置和混药搅拌装置等关键部件进行设计,其中搅拌器的功率为6 W,搅拌轴的直径为30 mm。然后对混药均匀性进行模拟试验,探究混药机结构参数(入口数和桨叶数)对流场、压力场和混药均匀性的影响。研究结果发现,混药机桨叶数对药液流场和压力场影响显著,流场的变化会影响混药均匀性;桨叶数越多对流体内部的搅动越明显,当入口数和桨叶数都为4个时,混药均匀性最高。本文对提高卧式混药机混合均匀性提供理论研究基础。     

大型轴流泵装置模型试验的压力脉动

为了研究轴流泵内部压力脉动在不同叶片安放角度和扬程下的变化规律及特性,结合南水北调某新建泵站,采用物理模型试验方法,在叶轮进口、叶轮出口和出水流道壁面上布置了3个压力脉动测点,通过改变模型泵的扬程进行试验,采集了转轮模型叶片安放角为±4°及0°的压力脉动信号,并进行了幅值和频谱分析．结果表明,叶轮进口处比叶轮出口处压力脉动大;随着叶片安放角度的增大,3个测点的压力脉动均有所增加,但在叶轮进口和叶轮出口,增加幅度不大。在小扬程工况下,压力脉动的频率值仍以叶片通过频率为主;在高扬程工况下,低于1倍叶片通过频率的低频脉动会随着流量的减小,幅值越来越大,并占据主导地位．     

基于叶片撞击模型的鱼友好型轴流泵优化设计

为降低鱼类通过大中型泵站后的死亡率,维持生态系统的稳定,研究了一种应用在轴流泵中的叶片撞击数学模型,对某一轴流泵的鱼类通过性能进行了预测,包括叶片撞击概率、撞击死亡率和鱼类死亡率,分析得到设计工况点的鱼类死亡率理论上高达68%。以降低鱼类死亡率为主要目标,兼顾水力性能,通过考虑鱼损伤的关键因素,优化设计了3种方案的鱼友好型轴流泵,对比分析了3个方案的鱼类通过性能和水力性能。研究结果表明,方案1和方案2平均降低鱼类死亡率49%,方案3平均降低鱼类死亡率52%;3个方案在设计点扬程均可满足原型泵使用要求,其中修正叶片进口安放角的方案2效率最高,设计点效率低于原型泵约3%,方案3鱼类通过性能最佳,设计点效率低于原型泵约5%。     

不同载荷分布型式下轴流泵叶顶间隙流特性研究

轴流泵叶顶泄漏流对水泵内外特性有重要影响,从控制叶片载荷角度建立了轮缘载荷分布型式与叶顶泄漏流的关系。基于三维反问题设计方法设计得到了具有前载、中载和后载3种典型轮缘载荷分布型式的轴流泵叶轮模型,采用三维湍流模拟技术研究了上述3种轮缘载荷分布型式对轴流泵叶顶泄漏流及其诱导的泄漏涡流动的影响。结果表明,相对于轮缘前载型叶轮和轮缘中载型叶轮,轮缘后载型叶轮可有效消除叶片进口附近低压区,有利于叶轮空化性能;小流量工况性能有所提高,有效抑制流量扬程曲线的驼峰现象;同时轮缘后载型叶轮具有更好的小流量工况压力脉动性能。