多级离心泵多工况内部压力脉动数值计算

为研究多级离心泵内部压力脉动特点和瞬态流动特征,以三级卧式离心泵模型为研究对象,采用DES方法进行了4种不同流量工况下的全流场非定常数值模拟.为保证划分的网格准确反映多级离心泵内流动特性,进行网格无关性分析.通过定常计算的扬程效率和外特性试验值进行对比,证明数值模拟的可靠性.在每级叶轮、正导叶、反导叶上共设置36个监测点,通过分析模拟数据得出压力标准差值图、系数图和频域图.结果表明:导叶喉部是低压区频繁出现的区域,不同流量下,压力脉动呈现周期性变化规律,脉动强度以正导叶最为剧烈,偏离设计流量工况,压力标准差幅值增大.不同流量下,多级离心泵正导叶流道内压力脉动主频为叶频(327 Hz),倍频处峰值衰减迅速.研究成果为揭示多级离心泵内部压力脉动规律提供一定的理论参考.     

离心泵压水室断面面积对内部流场影响

为了明确压水室断面面积对离心泵性能的影响,以IS100-65-200型离心泵为模型泵,采用Pro/E对该离心泵进行三维实体建模,基于RNG k-ε湍流模型,对离心泵内部流动状态进行数值模拟,研究压水室断面面积变化对离心泵扬程、效率及轴功率等外特性的影响,分析不同工况下离心泵内部流动规律。结果表明:8个端面面积均缩小10%的压水室结构能够改变离心泵的扬程和效率,对轴功率影响不明显;改型泵与模型泵相比,其压水室静压变化类似,叶轮出口与压水室入口边界处湍动能有增大趋势,压水室出口流体速度更为平稳,能够改变流体的流线分布。     

基于RBF神经网络与DECIMO算法的螺旋离心泵多目标优化设计

针对螺旋离心泵运行时性能普遍偏低的问题,以某一典型螺旋离心泵为研究对象,应用计算流体动力学软件CFX对螺旋离心泵进行数值计算得到其内部流动规律.以在设计流量工况下的扬程和效率作为优化目标,采用P-B试验与多因素方差分析筛选出优化变量,采用径向基(RBF)神经网络建立优化目标与优化变量之间的预测模型,并结合差分进化(DECIMO)算法在样本空间内全局寻优.取扬程最优、效率最优和初始个体进行数值计算,对比分析泵输送不同介质(清水与固液两相流体)时的流场及其外特性差异,并进行试验验证.研究结果表明：叶片轮毂进口角β_1b、叶轮出口宽度b₂、叶轮出口直径D₂和叶片包角φ是影响螺旋离心泵扬程和效率的显著因素;由RBF神经网络建立的预测模型精度较高;输送清水时,设计流量下扬程最优个体扬程为9.4 m,增长了13.5%;效率最优个体效率比初始个体提高了9.8%,优化效果显著.     

叶片出口角对离心泵性能曲线形状的影响

采用FLUENT,在多重参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC方法求解,对4台不同比转速离心泵在不同叶片出口角下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的多工况耦合数值模拟,研究了叶片出口角对离心泵扬程曲线和效率曲线的影响并进行了实验验证.研究给出了性能曲线随叶片出口角变化的规律并指出叶片出口角的改变对高比转速泵的扬程和效率曲线形状影响最为明显.研究结果对离心泵的选型和性能改进具有一定的指导意义.     

离心泵变工况流场分析及径向力数值预测

针对离心泵内部流场进行了数值计算,计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法.在分析变工况离心泵流场的基础上,提出了离心泵径向力数值预测的数学模型,并计算了不同工况下径向力的大小和方向.结果表明,离心泵在设计点运行时径向力最小.通过对比径向力数值预测值和Stepanoff公式预测值的差异可以看出,其差值随流量增大从负到正,相对误差不超过7%,表明离心泵径向力数值预测方法是可行的.     

不同级数深井离心泵性能的数值模拟与试验

选取250QJ80型深井离心泵作为研究对象,借助数值模拟和试验研究的方法,研究不同级数时深井泵性能的变化规律,并通过分析内部流场探究不同级数深井离心泵性能变化规律的本质原因.采用ANSYS-CFX 17.0软件对该深井离心泵模型在单级、两级以及三级时的性能分别进行了数值预测.对3组模型分别进行计算域建模,结构化网格划分,进而基于标准k-ε湍流模型和标准壁面函数进行多工况数值模拟,获得级数不同时深井离心泵的性能预测值,并将数值预测结果与试验结果进行对比分析.结果表明:深井离心泵级数的变化并不会对某一特定级数的性能造成影响,两级与三级离心泵首级扬程与效率高于其后各级,其后各级的扬程与效率差异不大.造成这些相似性与差异性的主要原因是:深井泵首级叶轮进口处的介质为无预旋入流,而当级数大于等于2级时,其后各级叶轮进口处的介质均存在一定的旋转分量.     

新型自吸离心泵数值模拟及试验研究

应用计算流体动力学软件Fluent对带导流器的射流式自吸离心泵内部流场进行了定常数值模拟,对泵内部流场的速度矢量、静压、总压分布及流动规律进行分析,预测了泵的效率,并与试验结果比较.数值模拟结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的内部流场速度矢量分布趋于平稳,新型导流器的两个出口压力分布均匀,各流道内的压力近似对称分布,泵在设计点数值模拟计算扬程比试验扬程提高6.9%,数值模拟计算效率比试验效率提高0.5%,数值模拟预测的性能曲线与试验性能曲线趋势一致.试验结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的性能曲线稳定、平坦,高效率区范围宽,各项技术指标满足设计要求,该泵的效率比国外同类型相同参数泵的效率提高了16.34%,同时泵体采用铝合金压铸,大幅度减轻了泵的重量,降低了泵的成本,设计合理,结构新颖,体积小,重量轻,运行可靠,操作方便.     

介质黏度对泵作透平时性能换算的影响

为了研究泵与透平换算系数随黏度与比转数的变化规律,选用5台不同比转数离心泵反转作透平,在5种不同的介质黏度下,对透平工况进行数值模拟.根据数值模拟结果,拟合求得透平的压头、效率与流量的关系式.通过对透平效率-流量关系式的求导,可得到透平在最优效率点处的流量、压头.据此可以求得泵反转作透平时,透平在黏性介质时的最优工况下的流量、压头与水泵在清水介质最优工况下流量、扬程之间的换算系数.通过黏性介质下透平的水力效率、压头与流量关系曲线发现:介质黏度对透平性能的影响较大,随介质黏度的增大,透平的水力效率明显下降.比较不同比转数下的换算关系随黏度变化曲线图可发现:对于同一比转速的透平,换算系数均随黏度的增大而增大;而当介质黏度相同时,随着比转数的增大,流量、扬程换算系数大体呈减小趋势.     

离心泵压力脉动特性分析

为了研究压力脉动在离心泵不同位置的变化规律及其关系,利用CFD技术对离心泵内部流场进行多工况定常与非定常三维数值模拟,得到内部流场特性及计算点的压力脉动情况,并对其进行频域分析.结果表明,设计工况和大流量工况下,叶频是主要影响频率,而在小流量工况下,轴频是主要影响频率;压力脉动幅值随偏离工况的情况而变化,同一流量下,流道的进出口压力脉动变化大.     

中比转速离心泵实验分析及性能预测

为了研究中比转速离心泵性能及内部流场特性,以比转数102离心泵为研究对象,采用fluent,在双参考坐标系下,选用RNGk-ε模型,应用有限体积法对雷诺时均N-S方程离散计算,压力和耦合采用SIMPLEC算法求解。同时,为了提高预测精度,采用5套不同网格方案对模型泵的效率进行网格无关性检验。并且从小流量工况下计算结果分析对比,得到离心泵外特性及内部流场变化规律。研究表明:数值计算与实验结果相比,设计工况下,扬程的预测误差为2.02%,效率的预测误差为1.99%;随着流量的降低,计算效率的误差逐渐增大。在设计点,离心泵的内部速度流线比较光顺;而在小流量工况下,离心泵进口和叶轮均出现漩涡现象;随着流量的降低,漩涡面积增大,数量也在增加。     

基于变倾角叶片型线方程的螺旋离心泵轴面速度确定

根据固液两相流在螺旋离心泵叶轮内通过螺旋段和离心段的不同运动特性,以及螺旋离心泵的结构特征,推导了螺旋离心泵的变倾角叶片型线方程.该方程避免了螺旋离心泵一元设计理论对设计经验的依赖性和叶轮轴面流线分点的复杂性,可通过改变型线方程中的参数来改变流体从轴向至径向过渡时液流的轴面速度分布,从而找到最佳的轴面速度分布,对该类型泵的计算机辅助设计、内部流场数值模拟以及泵性能改善有重要意义.     

多级中开式离心泵级间过水流道的流场分析

为了研究多级中开式离心泵级间过水流道的流速、静压及湍动能的分布规律,在设计工况下对多级中开式离心泵级间过水流道进行数值模拟计算.针对导流叶片附近产生的回流及旋涡现象,在原始设计的基础上,通过改变导流叶片的形状及位置,提出3种不同的改进方案.分别对改进方案进行数值模拟计算,分析了3种方案流场的变化并通过积分计算出4种不同级间过水流道的能量损失值,对比分析后确定方案二为最佳方案,并通过试验验证数值模拟计算的准确性.研究结果表明,流体沿级间过水流道流动,在过桥末段的导流叶片处产生回流及旋涡,造成一定的能量损失,从而影响离心泵的性能;可以通过改变前端进口角、后端出口角以达到提高多级中开式离心泵整体性能和效率的目的.     

设施离心雾化喷雾机的雾化性能探究试验

针对无行间硬化路与悬挂导轨的南北垄种植的日光温室，可采用离心雾化与气流辅助技术进行行侧施药作业。针对搭载对行间歇施药控制系统的推车式电动离心雾化喷雾机，以体积中值直径、相对跨度为指标，喷雾距离、雾化器转速、泵流量为试验因素，进行雾滴粒径影响因素试验和雾滴粒径模型标定试验。试验结果表明：流量、雾化器转速与其控制电机占空比均可进行线性拟合；针对体积中值直径，仅在雾化器电机占空比为15%时，喷雾距离呈负相关的显著性影响；任一喷雾距离或流量，雾化器转速对其呈负相关的显著性影响；任一雾化器转速，泵流量呈正相关的显著性影响；雾化器转速、泵流量均对相对跨度呈正相关的显著性影响；采用非线性回归法，建立喷雾距离在0.50~1.00 m下雾化器转速和泵流量相关的初始雾滴粒径模型，在有效占空比范围内，雾滴粒径在469~1003 μm范围可调，满足不同情况下的雾滴粒径需求。     

基于能量梯度理论的离心泵内流动不稳定研究

为研究离心泵内部流动失稳机理,对离心泵内三维湍流流场进行数值模拟,得到不同流量工况下的离心泵内部全流场流动参数,并且应用能量梯度方法对计算数据进行处理,获得能量梯度函数K的分布,并基于能量梯度理论对离心泵内部流动的稳定性进行了分析。研究表明,叶轮出口处和蜗舌处是2个最容易激发流动不稳定的关键位置。此外,随着流量的减少,叶轮内的失稳区域从叶轮出口向叶轮进口迁移。     

深井离心泵数值模拟与试验

以150QJ20型深井泵为例,利用CFD软件Fluent快速准确地预测深井离心泵的性能,分别用不同网格数、不同残差收敛精度、不同湍流模型、不同流场计算方法进行了数值模拟,分析了不同设置方法对数值模拟结果的影响;对不同级数深井离心泵模型的数值模拟结果进行了讨论。在此基础上,选择出适合深井离心泵的数值模拟设置方法。将数值模拟结果与试验结果对比,分析了两者的差异,表明了利用Fluent软件预测深井离心泵性能的可行性。     

基于PIV测试的螺旋离心泵内部流动特性研究

为了研究螺旋离心泵内部流体流动机理,通过对螺旋离心泵改造和透明化处理,应用PIV测试技术,取螺旋离心泵轴截面和径向截面分阶段获得各截面上速度变化,进而得到各个截面上的流动信息,揭示螺旋离心泵内部流动状态。结果表明:整个轴向截面中,物理参量扰动大于径向截面,尤其在叶轮流道的轴截面,有明显的涡旋出现。在深入蜗壳的叶轮流道中,涡旋数量明显增加,这是因为该区域的流体方向在叶轮旋转和蜗壳使其变化过程中,同时受力分配促进了这种变化;在径向截面上,能明显看到速度方向和流线沿一个方向旋转,同时,流体均有由中心向外运动的趋势,这是叶轮螺旋段螺旋推进作用后又一个重要组成部分离心段的离心力作用决定的,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。     

单叶片离心泵水动力噪声特性数值分析

基于LIGHTHILL声类比理论,根据FW-H方程,采用计算流体力学与计算声学相结合的方式对单叶片离心泵的内部噪声进行求解,探究其不同流量工况下内部流场的声源特性.采用混合数值模拟的方法,运用SST k-ω湍流模型对离心泵进行非定常模拟,并导出声源信息,对其进行声学计算求解,同时分析不同流量下的单叶片离心泵的内场噪声,比较其影响.研究结果表明：单叶片离心泵压力脉动的能量主要集中在叶频及其低频段谐频处,内部噪声的能量主要集中在低频段,并且在叶频及其谐频处噪声的能量较高;随着流量的增加,蜗壳与叶轮流道内流态逐渐改善,二次流、流动分离现象减少,导致低频段的谐频噪声呈现明显的下降趋势.根据不同流量下的声功率级频谱分析可以发现,压力脉动的分布特性对于单叶片离心泵的内部水动力噪声有直接的影响.     

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。     

叶片数对离心泵性能影响的数值模拟及试验对比

采用Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对一离心泵在不同叶片数和不同运行工况下的内部流动及性能进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：在一定范围内,适当增加叶轮叶片数能有效的改善液流的流动稳定性,对提高整个泵的高效区范围和扬程有显著作用;同时本文的研究也表明：数值模拟方法对离心泵内部的复杂三维流动与水力性能进行预测是有效的。     

两段变曲率叶型离心泵流场数值模拟

采用CFD技术对两段变曲率叶型离心泵内部流动进行定常和非定常三维数值模拟,并和设计参数相同的普通叶型离心泵进行对比,得到内部流场特征及监测点的压力脉动情况。结果表明,两段变曲率叶型离心泵可以很好地防止叶轮内尾流的产生和发展。叶轮与隔舌间的动静干涉是产生泵压力脉动的主要脉动源,且流量越大,隔舌处压力脉动越大。同一流量下,两段变曲率叶型离心泵的压力脉动幅值比普通离心泵小,在一定程度上减小了泵的水力损失。