几何参数对水泵性能的影响

以降低叶轮进口冲击混合损失为目标,对进口边为径向和轴向两种情况下的叶轮进口条件进行了优化,得到了相应的进口直径计算公式。基于流体力学理论,充分利用水泵进出口速度分布等宏观物理参量描述流体在叶轮流道内的流动,借助速度三角形分析计算离心泵内的各种损失,揭示了几何参数对水泵性能的影响趋势,对水泵进行了综合性能预测。所提方法可预测设计工况和非设计工况下的水泵性能。     

闭式叶轮叶片位置对旋涡泵性能的影响

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型加壁面函数法,采用三维非结构四面体网格建模, 选用旋转流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF),利用Fluent软件对同一泵体配两种闭式叶轮的旋涡泵内三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,分别得到了各自内部流场的压力分布和速度分布情况,并且根据数值模拟结果预测了旋涡泵的扬程和效率.通过比较分析,提出采用交错叶片闭式叶轮在保持泵的效率与采用对称叶片闭式叶轮时,能提高泵的扬程.另外,通过对压力场和相对速度场的细致分析,证实了旋涡泵内部的旋涡流动特征,并对旋涡的形成进行了分析和探讨.     

叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响

为研究叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响规律,以IS65-50-160型低比转数离心泵为研究对象,基于Standard k-ε湍流模型,对模型泵进行三维定常数值模拟,得到模型泵的性能曲线,并与试验结果进行对比,分析了叶片数、叶片进口冲角和叶片进口边位置3个叶轮几何参数对模型泵进口回流特性的影响,研究回流发生时不同工况下的速度、流线分布.研究结果表明:叶轮进口回流首先发生在管壁附近,随着叶片数增加,叶轮进口回流速度不断减小,当叶片数Z=7时,模拟的扬程在各个工况下均较高,回流强度较小;当叶片进口冲角Δβ=10°时,流体从叶轮进口向进水管的反向流动速度较小,叶轮流道流线分布较好,回流强度较弱;当叶片进口边向前延伸时,离心泵性能得到改善,叶轮进口回流强度有减小的趋势.     

叶片进口边位置对单叶片离心泵性能的影响

为研究叶片进口边位置对单叶片离心泵性能和内部流动特性的影响,设计了6种不同叶片进口边位置的叶轮.在完成数值计算方法可靠性的试验验证后,分别对采用6种叶轮的泵进行了全流场定常数值计算.计算结果表明:叶片进口边沿前盖板或后盖板向泵入口适当延伸,可增强叶片对流体的控制能力和叶片的做功能力,扬程最大可分别提高1.61 m和0.70 m,效率最大可分别提高5.23%和2.01%;叶片进口边向泵入口延伸过多,会造成叶片入口处流体堵塞,某些工况下泵的扬程和效率反而会降低;叶片进口边沿前盖板或后盖板向泵入口延伸,可降低流体在叶片入口处的能量损失,能够提高叶片吸力面入口处的压力,和减小蜗壳内的低速区域,但是会增大叶片入口处、叶片压力面前端和叶片吸力面附近的低速区域.与叶片进口边沿后盖板向泵入口延伸相比,叶片进口边沿前盖板向泵入口延伸对泵的扬程和效率影响更明显.     

叶轮背叶片形状对熔盐泵性能的影响

为了研究叶轮背叶片形状对熔盐泵外特性、轴向力、内部流场的影响,以一台立式高温熔盐泵为研究模型,采用Creo建立了背叶片前弯叶片、后弯叶片、倾斜叶片以及径向直叶片等4种结构不同的叶轮背叶片盖板模型,并采用标准k-ε湍流模型对4种方案下泵外特性、内流场以及轴向力进行了数值模拟,重点分析了叶轮背叶片形状对泵轴向力的影响.结果表明:设计工况下,叶轮背叶片形状对熔盐泵的外特性影响较小;前弯叶片在叶片外侧出现了明显的低压区;前弯叶片和后弯叶片对熔盐泵内的水力损失影响较小;背叶片对平衡轴向力有重要的作用,4种形状的背叶片在叶片数为6时平衡轴向力的效果均较好,最多可平衡48%的轴向力.从提高效率方面考虑,熔盐泵叶轮背叶片可采用后弯叶片;从平衡轴向力方面考虑,可采用径向直叶片.     

叶片进口边位置对离心泵性能的影响

为了研究叶片进口边位置对离心泵外特性能、内流场的影响规律,在原型泵的基础上,设计了叶片进口边位置不同的5种叶轮,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,分别对5种叶轮的离心泵在清水和含沙水介质下进行三维全流道定常数值计算.结果表明:针对低比转数离心泵,叶片进口排挤严重,使叶片进口边向出口方向延伸可以使叶片进口处的流动更加均匀,液流的流动速度减小,叶片表面的压力变大,从而改善空化性能;在一定范围内变动叶片的进口边位置对离心泵的扬程、效率影响不大,但是当叶片的进口边位置向出口方向延伸过多会导致叶片对液流的做功能力下降,从而使离心泵的扬程明显下降;当离心泵在相同工况下运行时,离心泵进口沙粒含量的增大会使离心泵的扬程、效率降低,且会使流道内空化核的数量增大,从而导致空化性能变差.     

叶轮进口边位置对深井离心泵水力性能的影响

针对一典型的150QJ20型深井离心泵,设计了3种进口边位置的叶轮,基于Fluent软件,采用标准k-ε模型、SIMPLEC算法对其进行了全流场数值计算,对不同进口边位置的叶轮出口断面的压力场、湍流场和速度场进行了比较,并结合试验分析了进口边位置对深井离心泵水力性能的影响。结果表明,适当延伸叶轮进口边,增加后流线的长度,可以减小叶轮出口的湍流强度,改善流场分布;可以相对减小叶轮进口直径和叶轮进口的冲击损失,提高深井离心泵的水力性能。     

前置叶片式叶轮对微型高速离心泵性能的影响

离心泵叶轮进口处回流会降低泵的效率,破坏离心泵运行稳定性。为探求前置叶片式叶轮对离心泵叶轮进口涡量,湍动能,进口回流量及压力脉动的影响,提出了3种叶轮型式:基础叶轮不做改变(方案一),叶轮前盖板处增置直叶片(方案二),叶轮前盖板处增置圆柱形叶片(方案三)。在此基础上结合SST湍流模型对三种叶轮型式的离心泵进行数值模拟。结果表明:与方案一相比,方案二和方案三的扬程和效率在各个工况点都有所提高,口环处回流量降低;方案二叶轮进口附近的涡量区域和叶轮内部湍动能最小,其次为方案三;方案二与方案三在蜗壳内部及叶轮进口处的压力脉动系数基本相同,且均明显小于方案一,说明前置叶片式叶轮可以提高离心泵运行稳定性。     

叶轮几何参数对离心泵断裂空化性能的影响

为了改善离心泵的空化性能,研究离心泵断裂空化发生机理,对1个比转数为134的单级离心泵进行空化性能的模拟计算,通过改变叶轮的进口直径、叶片进口安放角和叶轮出口宽度进行数值模拟,根据模拟结果预测了模型泵的空化性能,并分析不同空化余量下叶轮流道内的气泡分布.研究结果表明:在额定工况下,随着进口压力的降低,空泡首先在叶片背面进口边附近产生,然后随着叶轮旋转沿流道向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增加向叶片工作面扩展;叶轮流道内气泡呈不对称分布的主要原因是由于叶轮与蜗壳的动静耦合作用,使叶轮叶片表面的压力分布不对称造成的;与叶轮进口参数相比,叶轮出口宽度的变化对离心泵空化性能的影响不大;当增大叶片进口安放角后,减小了叶片的弯曲程度,叶片进口的过流面积增大,空化性能得到改善,相同进口压力下的空化余量值减小;在进口直径和进口安放角的变化过程中,均存在一个最佳值,最佳值对离心泵效率和空化性能的提高具有重要意义.     

叶片进口安放角对离心泵空化性能影响

空化在泵类产品中广泛存在,因此成为水泵设计中重要考虑要素。为更加全面研究进口安放角对空化性能影响,在某水力模型基础上进行正负冲角添加,获得5组叶片模型。采用RNGk～ε模型考虑湍流影响,采用均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程考虑空泡生长和溃灭,对5组模型进行三维定常湍流空化流场数值模拟。结果表明：在某范围内添加冲角对离心泵空化性能影响不大,添加负冲角会加速泵空化性能的恶化。该结论为水泵设计者选取合理叶片进口安放角提供有益参考。     

叶片进口边对微型高速离心泵性能的影响

为研究叶片进口边形状对微型高速离心式冷却水泵性能的影响,在保证叶片进口断面面积相等的基础上,设计了3种不同叶片进口形式,即外凹型、半凸型、基础型.采用SST k-ω湍流模型对泵的水力特性以及压力脉动进行数值计算,将结果与试验值进行对比分析.结果表明:仿真结果较为准确地预测了泵的水力性能,具有可行性;3种方案在远离扩压管的叶轮流道内均存在旋涡;与基础型相比,外凹型方案的扬程和效率有明显提高,并且高效区范围最宽;外凹型方案叶片进口边和出口附近的湍动能分布较好、叶轮出口圆周速度最高;3种方案蜗壳内压力脉动幅值出现在叶频及其倍频处,距隔舌位置越远,脉动幅值越低.采用外凹型方案叶片能减小脉动幅值,利于泵稳定运行.研究结果为微型高速离心泵优化设计提供一定的参考.     

叶片进口边穿孔对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片进口边位置附近穿孔对离心泵非定常空化性能的影响规律,以某离心泵为研究对象,在叶片进口边同一位置设计了10种孔径大小不同的圆孔,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,分别对这10种叶轮的离心泵进行清水介质下的全流道三维非定常数值模拟,并同试验结果进行对比.研究发现,对于低比转数离心泵而言,在进口边气泡最先产生的位置进行叶片穿孔(该位置距叶片头部距离约占整个叶片长度的1/30),当穿孔直径为8 mm时,不仅扬程、效率得到提高,而且可显著地提高离心泵的空化性能;穿孔叶片将每个叶轮流道内整体的空化区截断成了2个空化区,随着孔径的增大,叶轮内低压区分布范围先减小后增大,当孔径为8 mm时,低压区的分布范围最小;叶片穿孔后叶轮内压力脉动幅值明显大于原型叶片且穿孔对流场的影响作用随着与穿孔位置距离的增大而逐渐减弱,在蜗壳内穿孔对流场的影响作用完全消失.     

叶片宽度对锥体叶轮离心风机性能影响的试验研究

本文基于对出口速度三角形的分析，建立了叶片宽度、流量与性能间的函数关系，并进行了较系统的试验研究，建立了相应的性能预测模型，为该类风机的变型设计和性能预测提供了依据．     

叶轮几何参数对自吸泵自吸性能影响的数值分析

为研究叶轮几何参数对自吸离心泵自吸性能的影响,引用正交实验的方法,选取叶片出口角、叶片数及叶片包角三个因素设计了叶轮的9种方案。采用FLUENT软件预测各方案的外特性,并对自吸过程进行定常数值模拟以比较自吸性能的优劣,分析了所选取几何参数对自吸泵自吸性能的影响顺序,为自吸离心泵的设计提供参考。     

叶片型线对渣浆泵水力性能及叶轮磨损特性的影响

为研究叶片型线对渣浆泵水力性能及叶轮磨损特性的影响,以LC100/350型渣浆泵为研究对象,工质为石灰石浆液,在叶轮轴面及叶片进出口安放角等参数不变的条件下,采用对数螺旋线进行叶片型线控制,通过数值计算方法,采用离散相模型,分析渣浆泵叶轮叶片型线对其水力性能及磨损特性之间的关系.计算结果表明:采用变角螺线法设计的圆柱形叶片有利于提高水力效率,但将导致扬程的小幅降低;包角120°的叶型为设计空间水力性能最优叶型;不同的叶片型线条件下,渣浆泵的水力性能与其叶轮磨损特性相互制约;小包角的叶片导致泵的水力性能下降,但叶轮磨损强度相对较低;叶轮的磨损强度与固相浓度呈正相关关系,叶轮磨损最严重的部位位于后盖板靠近轮毂的区域;在大流量工况下叶片包角对叶轮磨损强度影响较额定工况及小流量工况显著得多,颗粒粒径的变化与颗粒浓度的变化对泵的水力性能及叶轮磨损特性的影响基本一致.     

叶轮与导叶叶片数匹配对井用潜水泵性能的影响

叶轮与导叶叶片数对泵的扬程、效率等都具有较大的影响。选取250QJ140型井用潜水泵作为研究对象,采用数值计算与试验相结合的方法,在叶轮与导叶叶片数组合变化下,对井用潜水泵的性能变化规律和内部流场分布进行了研究。基于不改变其他几何参数的原则,建立16组不同叶片数组合的两级井用潜水泵模型。采用ANSYS ICEM软件对各组模型分别进行了结构化网格划分,进而在ANSYS CFX商用软件中对各组模型进行了多工况定常数值计算。各组数值计算均选用标准k-ω湍流模型和标准壁面函数,获得了各组模型在不同工况下的性能预测值。通过各组方案性能预测值的对比可以发现:在额定流量工况下,当叶轮与导叶叶片数均为7时,井用潜水泵模型的效率最高。在小流量工况和大流量工况下,泵内的介质流动角度发生了变化。在小流量工况下,增加叶轮与导叶的叶片数可以提高叶片对于液体介质的整流,进而提高井用潜水泵性能;在大流量工况下,较少的叶轮与导叶叶片数更能减轻叶片对液体介质的排挤作用。将大流量工况下性能较好的方案6进行了样机制造和性能试验,结果表明,模型性能较好,在额定流量工况下,扬程预测值比试验结果低2.4%,轴功率预测值比试验结果低1.6%,效率预测值比试验结果高1.1%,数值预测结果与试验结果随流量的整体变化趋势一致,证实了本文中数值计算的准确性。     

叶轮背叶片外径对平衡轴向力性能影响的研究与探讨

重点探讨轴向力与背叶片外径大小之间的关系,通过对离心泵的轴向力性能进行定性分析。在此基础上,本文将带有背叶片结构的IH100-65-250化工离心泵作为研究对象,利用SolidWorks对五种不同背叶片外径大小的三维实体进行分组建模,对网格采用局部网格加密技术和分区计算技术,以Fluent为计算软件,选用RNG k-ε湍流模型,探讨了在改变背叶片外径大小情况下轴向力的变化特征。通过流场比较分析可以看出,轴向力随着背叶片外径的增大而减小。最后,在试验机上对CFD模拟的结果进行试验检测,试验数据与数值模拟分析的结果基本一致,研究结论可以为离心泵背叶片设计提供一定的理论依据。     

离心泵分流叶片参数对性能影响的灰色理论分析

为研究离心泵分流叶片参数对其性能的影响,应该侧重于参数排序的规律性及其可靠性方面.采用灰色理论分析了4种不同情况下分流叶片周向偏置角β、偏转角α、进口直径D＇和叶片数Z对扬程和效率的综合影响及其规律.通过大量计算,得到了这4个几何参数对扬程和效率影响排序结果.研究结果表明：在4种情况下,4个几何参数中分流叶片周向偏置角β对扬程影响最大,偏转角α影响最小,进口直径D＇和叶片数Z对扬程的影响,依次处于它们之间;进口直径D＇对效率影响最大,偏转角α影响最小,参数β和Z的影响,介于两者之间.分流叶片参数排序重复性好,可靠性高.研究结果为进一步研究低比转数离心泵水力性能和优化设计提供了重要的依据.     

农用水泵工程塑料叶轮强度分析及性能比较

工程塑料作为一类新型的材料越来越广泛地应用到农用水泵当中,并逐渐被人们所认识。但是,对工程塑料的选用却仅仅停留在经验上,缺乏使用的依据。为此,采用强度计算方法,对几种农用水泵叶轮的强度进行了校核。结果表明:PPO的性能最好,UHMWPE和PP只有部分牌号的材料能够满足强度要求,而PVDF则不能满足强度要求。此结果为水泵用工程塑料的选择提供了理论依据和方法。