工质黏度对导叶式液力透平压力脉动特性的影响

为探究液力透平内压力脉动受工质黏性的影响,基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,以带导叶的离心泵反转作液力透平为研究对象,选取清水及2种黏油作为对比工质进行三维瞬态数值模拟,并对模拟结果进行时域及频域分析.结果表明:清水工质下叶轮部分流道内存在和叶轮同向的非定常涡,而黏油工质下叶轮及尾水管内流场结构显著改善,黏性作用下,动静叶栅的相干作用仍是透平内压力脉动的主因.导叶内的平均压力脉动最强,叶轮内次之,尾水管内相对最弱,且此规律不受工质黏度影响.随着工质黏度的增大,各监测点的压力脉动峰峰值及最大压力脉动幅值均减小,且与导叶、尾水管内各测点主频及次主频幅值的变化趋势均同步,而与蜗壳、叶轮内各测点主频及次主频幅值的变化趋势差异较大,但与二者之和趋势吻合.同时,工质黏度越大,蜗壳、导叶和叶轮内各测点的时均静压越低.     

水轮机模式液力透平新型空间导叶的设计和性能分析

按原动机原理设计的水轮机模式液力透平流道是液力透平模式上的一种创新,能有效解决泵式流道在效率低、高效区窄方面的问题.为研究水轮机模式液力透平流道性能,文章结合传统的空间导叶与同径正反导叶,设计出一种新的空间导叶,该导叶正反导叶过渡不采用跨桥式连接,而是导叶间的直接连接,叶片在三维空间为扭曲形状,将过渡段划为单独流道;并...     

长短叶片对液力透平性能的影响

为了研究长短叶片对液力透平性能的影响,制作了液力透平样机,搭建了开式液力透平实验台,对有、无长短叶片的叶轮分别进行了数值和实验研究。研究结果表明,长短叶片的增加可以提高液力透平的效率,增加最高效率点的流量,降低液力透平的扬程。内部流场分析表明,长短叶片的增加,可以改善叶轮内部流场分布,减小叶轮内部漩涡的区域和强度,改善液力透平内部流动规律。对液力透平内部功率损失分布分析表明,液力透平内部的功率损失主要集中在叶轮内部,长短叶片的增加,改善了叶轮内部流动,减小了叶轮内部的功率损失。叶片数的增加加剧了叶轮和蜗壳之间的相互作用,因此蜗壳内部的功率损失有所增加。     

前弯叶片液力透平专用叶轮设计与实验

应用蜗壳内速度矩守恒的假设,推导了螺旋形蜗壳常数的计算表达式,得到了叶轮进口处的速度矩。采用无撞击进口、法向出口的液流工况,确定了叶轮的进出口安放角,设计了一前弯型叶片液力透平专用叶轮。设计了叶轮模型,进行了外特性实验。结果表明:对比原型泵作透平的实验结果,新设计的前弯型叶片液力透平专用叶轮显著提高了透平效率,最高效率由原来的59.98%提高到67.91%,最高效率提高了13.22%。采用专用叶轮的效率曲线较原型泵作透平的效率曲线平坦,在0.9~1.2倍最优工况运行区间,效率变化值在1.5%以内,高效区较宽。     

液力变矩器的内流场数值分析

液力变矩器作为自动变速器的液力传动元件在车辆上得到广泛应用,其性能对整车的动力性、经济性有着很大的影响,深入研究变矩器内部流场对于设计高性能变矩器有重要意义。利用流体分析软件STAR—CD对W305型液力变矩器内部流场进行细致研究,计算出变矩器的外特性。计算结果与试验数据的对比表明,流场计算是准确的。     

扩散导叶对贯流泵装置性能影响

贯流泵装置中扩散导叶的叶片数是影响其装置水力性能的一个因素,故有必要对其进行计算和分析.通过CFD方法对配有不同导叶体的灯泡贯流泵装置内部三维流动进行了全流道数值模拟计算,获得了5种不同方案（4片、5片、7片、8片导叶和改进后的5片导叶）下贯流泵装置水力性能以及导叶段的水力损失,分析了不同导叶叶片数和叶片形状对贯流泵装置外特性的影响.结果表明,导叶体内的水力损失基本上随着导叶叶片数的增加而增大,而泵装置的效率不完全符合这一规律;采用5叶片导叶方案的泵装置效率较高,且内流场的压力和流速分布较为均匀;改进后的5叶片导叶体内的水力损失最小,泵装置效率最高,提出了对确定叶轮的最佳导叶叶片数的匹配.     

水轮机模式多级液力透平同径正反导叶水力性能研究

针对按泵工况设计的多级泵式间导叶用于液力透平装置时不能满足转轮对水流环量要求的问题,结合水轮机设计理论和CFD数值仿真研究了泵式同径正反导叶关键结构参数对液力透平装置的水头损失、效率和工作水头等影响程度。结果表明：适当增大反导叶叶片进口边直径,隔板边缘倒圆角,级间导叶进口处内外壁倒圆角均能够减小级间导叶水头损失、提高液力透平工作效率;导叶线型及数量对其出口水流速度环量影响较大;增大包角或增多叶片数量可增强导叶对水流强迫作用,提高出口水流环量,但增加导叶水头损失。可为用于液力透平的同径正反导叶的设计提供参考。     

前弯型叶片液力透平的数值计算

为研究具有前弯型叶片液力透平的性能,设计了3种不同比转数具有前弯型叶片液力透平.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行数值计算,分析了具有前弯型叶片液力透平在不同流量下的外特性、压力场和速度场,得到了液力透平叶轮和尾水管内部流场随流量变化规律.研究结果表明:透平内部压力场从蜗壳进口经叶轮到尾水管出口压力逐渐减小,随流量的增大,液力透平的进出口压差逐渐增大;在前弯型叶片工作面存在旋涡区域,旋涡位置和区域大小随着流量的变化而变化;在尾水管横截面上存在随流量而变化的圆周速度分量;叶轮内部的水力损失是前弯型叶片液力透平内部的主要的水力损失,在3种液力透平中都占总水力损失的60%以上,并随比转数增大而逐渐增大.因此,前弯型叶片液力透平的优化设计应主要集中在叶轮研究.     

液力透平几何参数对压头-流量曲线的影响

为了适应化工过程工业中生产调节对透平性能的影响,要求液力透平的压头随流量的变化较小,即压头-流量曲线比较平坦。在液力透平蜗壳内速度矩守恒的前提下,推导得出了透平理论压头和流量及透平几何参数的关系式,通过分析得到影响其曲线平坦度的几何参数为:蜗壳包角、叶轮出口安放角、叶轮出口边参数和叶片数。选取一台低比转数泵反转作透平为研究对象,改变蜗壳包角、叶轮出口安放角、叶轮出口边参数和叶片数等几何参数,确定了13种研究方案,利用ANSYS-Fluent软件对13种方案进行数值模拟和试验。结果表明:在一定范围内减小蜗壳包角,增大叶轮出口安放角,压头-流量曲线变得平坦;存在最佳叶轮出口边位置和最佳叶片数,可使透平压头-流量曲线更加平坦;蜗壳包角对压头-流量曲线斜率的影响显著。     

高压泵反转式液力透平性能模拟与试验

以离心泵水力设计为基础,参考水轮机水力设计,通过Pro-E建立液力透平的三维模型,运用CFD技术对四组出口安放角不同的模型进行了不同工况下的内部流场流动分析,计算采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法。模拟结果较好地揭示了内部流场的特征,对内部流场的静压分布特征进行了研究。研究结果表明叶轮内静压值随流动方向呈下降趋势,叶轮与导叶相互影响,叶轮流场不对称导致流场不稳定。对液力透平性能进行预测,从中筛选出最优模型。将模拟结果与样机试验结果作分析对比,对比结果表明实测扬程与效率和模拟扬程与效率相差很小;实测扬程与模拟值有较小的差别;实测回收功率比模拟功率稍小。因此,出口安放角为450的液力透平模型是符合要求的。     

两级离心泵径向导叶水力优化

为提高已有两级离心泵中径向导叶的水力性能,按照正交试验要求,选取径向导叶的喉部面积、扩散角、反导叶数、反导叶高度4个因素,每个因素取3个水平,设计9个导叶.基于ANSYS CFX软件,选取k-ε湍流模型,并结合全隐式耦合算法对装配具有不同几何参数径向导叶的两级泵全流场进行数值计算,获得了9组设计方案在额定工况下的扬程、效率.以泵的扬程和效率作为试验指标,利用极差分析法分析了所选几何参数对于两级泵扬程、效率的影响规律,以及影响径向导叶性能的主要因素和次要因素,提出了性能较优的径向导叶方案.径向导叶喉部面积对两级泵的扬程、效率影响较大.经数值计算可得,较优方案的额定工况下的扬程为211.70 m,效率为47.63%,较之优化前的径向导叶,扬程提高了1.24 m,效率提高了4.00%,取得了较好的优化效果.     

空间导叶式离心泵的数值计算及优化设计

基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对一空间导叶式离心泵进行全流道三维湍流数值计算,分析了导叶式离心泵在设计工况下整个流道、环形空间及其空间导叶内部的流场分布,并进行试验验证计算结果.结果表明,叶轮叶片吸力面靠近进口区域压力最小,出现负值,该区域将有可能发生空化;液体流经叶轮和空间导叶之间的环形空间时将产生较大的冲击损失;液体由叶轮出口高速旋转流出经过环形空间流入空间导叶,空间导叶进口附近流速较大,在空间导叶吸力面的入口处存在二次流.试验结果和计算结果吻合较好,在相同流量下数值计算结果和试验数据的最大误差基本小于15%,在可以接受的范围之内,证明了数值计算的有效性.该研究结果为空间导叶的几何参数优化提供了一定的理论参考.     

水泵水轮机预开导叶的优化分析

水泵水轮机在S特性区内运行时将发生机组并网困难或者在甩负荷过程中水压异常上升的问题,使机组震动加剧．目前解决S特性的有效方法为预开导叶,即在小开度下预开启偶数个导叶至指定开度来缓解S特性区的不稳定性．为了探究有效的预开导叶方式,首先分别根据预开导叶的数目及位置的不同,设计4种预开导叶方案,通过全三维流道的数值模拟分析找到能够缓解S特性的最优方案;其次对选定的最优方案进行模型试验并与模拟结果进行对比验证．结果表明:并不是预开的导叶数越多,改善S特性越好;等间隔分布预开导叶改善S特性的效果要优于集中分布的预开导叶方案;最终得出在预开2＃,7＃,12＃,17＃ 2对导叶的情况下对水泵水轮机S特性缓解效果最为明显.计算结果与模型试验的对比表明了模拟结果与试验结果趋于一致．     

Influence of long and short guide vanes on hydraulic performance of water-jet pump

Different guide vane structures will affect the flow inside the pump,and then affect the transformation of the pressure energy and kinetic energy,and change the velocity distribution of the pump outlet.In order to study the influence of long and short guide vanes on the water-jet pump,on the basis of conventional design,eight schemes of guide vane with different vertical heights were designed in the method of computational fluid dynamics for numerical calculation,the performance curve of water-jet pumps with different long and short guide vanes was obtained,and finally the influence of different guide vanes on hydraulic performance and internal flow was analyzed.The results show that all of schemes reducing the height of blade can improve the head and efficiency.In the schemes reducing the height on the shroud,the guide vanes that the height of the blade is equal to the height difference between hub and shroud in impeller have the highest head and efficiency.In all schemes decreasing the blade height,with the increase of the height difference,the velocity increases gradually and the distribution of turbulence kinetic energy becomes more reasonable in the guide vane outlet.The schemes reducing the height on the hub have more reasonable distribution of velocity and turbulence kinetic energy according to schemes reducing the height on the shroud.The guide vanes of long and short blades can be used to stagger the position of the diffusion flow generated by adjacent blades,which can reduce the effect of the velocity circulation and make the flow of the outlet position more stable.     

低比转数离心泵进口预旋的数值计算

为研究预旋对泵性能的影响,基于欧拉方程和斯托道拉方法,采用径向前置导叶实现预旋,以CFD软件Fluent为平台,以单级低比转数离心泵为研究对象,改变前置导叶几何参数设计3组方案,通过对3组前置导叶预旋方案进行数值模拟,从内部流场和外特性分析预旋对离心泵无过载性能的影响.结果表明：从内流场上看,预旋越强,导叶出口圆周速度越大.若不考虑边壁影响,圆周速度沿径向由内到外呈增大趋势,沿流动方向,圆周速度略有减小,与速度矩保持定理有一定的偏差.从外特性上看,通过增加预旋获得了陡降的H-Q曲线及平坦的P-Q曲线,并且效率在小流量到额定流量附近还略有提高,因此,通过预旋实现全扬程无过载是可行的.     

叶轮外径对混流泵作透平性能的影响

为了研究混流泵作透平工况下,叶轮外径对性能的影响,以混流泵为模型,通过试验验证了CFD方法的有效性.基于BladeGen设计了160,170,180 mm这3种叶轮外径的混流泵水力模型, 并通过数值分析研究了3种叶轮外径下,混流泵作透平工况下的外特性,水力损失分布及内部流场分布.结果表明:随着叶轮外径的不断增大,混流泵作透平的高效点逐渐向大流量区域移动,高效点的扬程、轴功率及效率都随之增加;大流量区域内,扬程迅速降低,轴功率下降变缓,效率有所上升;总水力损失与叶轮部分的水力损失显著减少;蜗壳部分的水力损失变化不明显;叶轮入口处的旋涡区域逐渐减小,蜗壳出口与叶轮入口之间存在的间隙流体逐渐减小,从而引起该部分水力损失逐渐减小;压力分布更加均匀.     

非定常工况下不同导叶叶片数对潜水泵内部流场的影响

为了研究不同导叶叶片数对潜水泵内部流动和非定常特性的影响，以典型QJ型潜水泵为研究对象，在保证导叶基本参数不变的情况下，建立导叶叶片数为6、7和8的3种不同方案，基于RNG k-ε湍流模型对不同导叶叶片数下潜水泵进行定常及非定常计算。结果表明:导叶叶片数变化对潜水泵外特性曲线影响不大；导叶叶片数变化对叶轮进口和导叶出口两位置的压力脉动影响不大，对叶轮与导叶空腔间的压力脉动影响显著，其幅值随叶片数的增多而增大，8叶片时压力脉动幅值最大。      

离心泵作透平固液两相流动及磨损的数值模拟

为研究离心泵作透平内部固液两相流动特性,基于Euler-Lagrange模型,应用ANSYS CFX软件对一比转数为82的离心泵作透平进行数值计算,分别模拟颗粒直径为0.1,0.3,0.5 mm及初始体积分数为5%,10%,15%的9组不同工况,以揭示介质中固体颗粒对离心泵作透平运行的影响.计算结果表明:固体颗粒主要分布在叶片吸力面头部、前盖板壁面附近以及蜗壳尾部区域;当固体颗粒质量分数不变时,随着粒径的增大,叶片表面固相体积分数增大,叶片吸力面轮缘处出现了大量颗粒堆积,透平的扬程和功率上升,效率有所下降;当颗粒直径不变时,随着固体颗粒质量分数的增大,固体颗粒在叶轮流道内的分布出现向轮毂处延伸的趋势,堆积区域面积增大,透平的扬程和功率上升,效率变化不大.该研究扩展了液力透平设计方法,可为离心泵作透平设计提供一定的参考.     

基于反转双吸泵的液力透平全特性的数值预测

为了研究一种带导叶的双吸泵反转作为液力透平使用时的性能,采用SST k-ω湍流模型,对该双吸泵的性能进行了预测,并对其反转作为液力透平的性能进行研究,对水泵制动工况以及反水泵工况进行预测．通过液力透平全特征曲线分析,该双吸泵额定工况点效率为893％,反转为液力透平时,额定工况点效率可达905％,且当工作水头大于200 m时,该液力透平具有较宽的工作范围;机组双向运行稳定性均较好,双吸泵不存在驼峰现象,液力透平运行特性曲线中存在明显的“S”特性,运行过程中应尽量避免运行在该“S”区域．通过内流场分析,额定工况下双吸泵和液力透平转轮内部流线规则,无回流和脱流现象;但双吸管与叶轮之间流道狭窄,存在强旋流现象;机组运行在反水泵工况时,转轮内的回流将导致产生失速涡;机组运行在水泵制动区时,转轮内将产生失速．液力透平运行时必须考虑运行工况下的空化现象,避免空化的产生．