径向导叶出口型式对洒水车泵压力脉动的影响

为了研究径向导叶出口型式对自吸式洒水车离心泵外特性、压力脉动及径向力的影响,基于Shear Stress Transport湍流模型和SIMPLE算法,对3种不同径向导叶出口型式的自吸式洒水车泵进行了非定常数值计算,监测径向导叶出口处的压力脉动和蜗壳的径向力,并对压力脉动进行时域分析,同时比较监测点的压力脉动幅值和蜗壳壁面受到的径向力大小.计算结果表明:增大径向导叶出口面积,可以改善径向导叶出口处流态,从而提高离心泵的效率;在同一工况下,增大径向导叶出口面积,可以降低径向导叶出口处压力脉动幅值,减轻径向导叶和第二级叶轮动静干涉的危害,并且减小蜗壳径向力;同一径向导叶出口型式洒水车离心泵模型,在流量较小时,在一个旋转周期内蜗壳壁面所受到的径向力平均值较大.     

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.     

导叶径向位置对井用潜水泵性能的影响

为研究导叶径向位置对潜水泵性能的影响,针对250QJ125型井用潜水泵,在其他参数一定的条件下,通过改变空间导叶入口径向位置,设计了9组潜水泵导叶方案.基于雷诺时均N-S方程、RNG k-ε模型,采用SIMPLE算法,对井用潜水泵空间导叶在不同径向位置模型的内部流动进行了全流道三维数值计算.对计算结果进行分析,获得了不同导叶方案时潜水泵的性能参数,对比了不同方案导叶损失及其过水断面面积变化规律,以及导叶内部的湍动能与静压分布.结果表明:导叶径向位置对潜水泵性能影响十分显著;当径向距离增大直到导叶位于适当位置时,导叶内部损失较小,具有较强的能量转换能力,导叶内部的湍动能波动程度减弱,大大降低了流动损失,泵效率提高;但当径向距离过大时,导叶过水断面面积变化规律出现明显差异,湍动能波动程度加剧,导叶流动损失增加,泵性能下降.     

“泵的CAD系统”通过鉴定

由江苏工学院排灌机械研究所负责的机电部基金项目“泵的CAD系统”于1992年7月7日在江苏工学院通过部级鉴定。该系统包括;(1)离心泵计算机辅助设计程序;(2)混流泵计算机辅助设计程序;(3)轴流泵计算机辅助设计程序;(4)空间导叶、径向导叶计算机辅助设计程序;(5)泵内三元粘性流动计算程序;(6)泵的图形库和数据库。     

不同正导叶几何参数下多级泵作透平功率-流量曲线研究

为适应过程工业中生产调节对液力透平性能的影响,要求多级泵作透平的输出功率随流量的变化较小,即输出功率-流量曲线较平坦。基于欧拉方程,根据速度矩守恒,推导得到导叶式透平输出功率与几何参数的关系式。利用数学求导,判断出导叶几何参数对输出功率曲线平坦性的影响规律。以两级径向导叶离心泵作透平为研究对象,改变正导叶几何参数设计研究方案,通过Fluent软件数值计算并进行试验验证。研究结果表明：数值计算结果与理论推导相符,适当增大正导叶的喉部面积、出口安放角、叶片数或适当减小正导叶基圆直径都可以使输出功率曲线变平坦;设计工况点正导叶几何参数对功率曲线斜率(平坦性)影响由大到小为喉部面积、出口安放角、叶片数、基圆直径,斜率依次减小0.17、0.11、0.05、0.03;适当增大喉部面积可以使透平效率提升1.65个百分点,高效点向大流量偏移。     

空间导叶面积变化规律对井用潜水泵性能的影响

为了研究空间导叶叶片进出口有效过流面积比和其过水断面面积变化规律对潜水泵性能的影响,保证导叶其他参数不变,设计了9种面积比模型,以效率最优的面积比导叶为基础模型,设计了4种过水断面面积变化规律的导叶,包括线性式、上凸式、下凹式和S形。运用CFD数值模拟方法对其内部流场进行了计算,模拟计算结果与试验结果较为吻合,设计工况下的扬程和效率的误差均在3%以内。通过对潜水泵外特性分析表明:导叶过水断面面积变化规律在设计工况下对泵的效率有显著影响,变化过程中效率的增幅约为4%,但对其扬程影响甚微,最大扬程差仅为0.7 m;各个方案导叶流道的内流场分布结果表明:下凹式面积变化规律能有效改善导叶内流体的流动状态,降低导叶内的能量损失。非线性下凹式面积变化规律优于线性,S形及上凸式面积变化规律,但如何寻找最优变化规律仍需继续探索。     

多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析

为提高多级离心泵性能设计了一种新型导叶,借鉴扭曲离心叶轮和流道式导叶的设计方法,通过固定内缘型线和外缘型线生成导叶三维扭曲导流叶片.该导叶正、反导叶光滑连接形成新的空间扭曲叶片,把导叶分割成几个独立的连续变化的流道,有助于减小导叶水力损失.针对一种海水淡化高压多级离心泵,设计了多组新型导叶方案,利用CFD 软件计算分析,探究了新型空间导叶的设计规律.通过对不同方案性能对比分析,获得了优化的导叶模型,并做了样机试验,该模型具有较好的水力性能,在设计工况点效率达到85.68%,满足设计要求,验证了该设计方法的可行性.该设计方法将有利于多级离心泵的节能,同时也为导叶开发提供了有益的参考.     

进口预旋对低比速离心泵无过载性能的影响

采用径向前置导叶实现预旋,将叶轮与前置导叶结合进行研究,推导了有预旋离心泵的最大轴功率及其对应流量的计算公式.分析了导叶几何参数对泵理论扬程曲线、功率曲线、理论最大流量、最大轴功率及最大轴功率对应流量的影响.利用CFD软件对几何参数不同的8组方案进行数值模拟,将模拟结果与公式计算结果进行对比.验证了公式的正确性,该公式对无过载离心泵设计具有指导作用.     

不同导叶参数对箱涵式轴流泵装置水力性能的影响

为了研究不同导叶参数对箱涵式轴流泵装置水力性能的影响,采用正交设计的方法,选取导叶叶片数、相对位置及扫掠角作为设计因素,每个因素选取3个水平进行组合,应用数值模拟方法研究3个因素对泵装置效率、出水流道轴向均匀度、导叶体水力损失及出口处平均涡角的影响规律,最终综合确定最优的设计方案.研究结果表明:如果只改变导叶的参数,导叶叶片数对导叶出口处的平均涡角和出水流道轴向均匀度影响较大;导叶相对位置在对泵装置的效率和导叶体水力损失影响中占主导地位;随着导叶扫掠角增大,泵装置效率、出水流道轴向均匀度、导叶体水力损失先增大后减小,平均涡角影响较小;对比数值计算和模型试验的结果,在设计工况附近效率基本吻合,扬程在误差允许范围内.研究结果可为箱涵式轴流泵装置优化设计提供一定的理论依据.     

系列泵水力设计软件PCAD2000的特点

简要分析了国内泵水力设计 CAD软件的发展现状。全面论述了 PCAD2 0 0 0的特点 ,即功能齐全、实用性强。它除了可进行清水泵的叶轮、蜗壳水力设计外 ,还可设计无堵塞泵的叶轮、蜗壳以及径向导叶、空间导叶等水力件的水力设计。它采用的数学模型科学且使用了优化算法 ,编程方法先进可靠。文章最后还给出了一个空间导叶的水力设计实例     

径向导叶式潜水泵内部流动与非定常特性研究

为了更全面地研究潜水泵的内部流动特性与非定常特性,现以一台径向导叶式潜水泵为研究对象,基于CFX对其进行计算及分析。结果表明:该泵有较好的无过载性能;从叶轮进口至导叶过渡段的压力逐渐增大,在大流量工况下,叶轮流道稍微偏离进口处存在极低压区。叶轮叶片工作面处出现覆盖约半个叶片的低速区,随着流量增大,该低速区逐渐消失。叶轮与导叶的动静干涉是影响叶轮径向力、轴向力以及叶轮导叶压力脉动的重要原因,随着流量增加,叶轮的平均径向力与平均轴向力都逐渐增大,并且波动幅值也逐渐增加;叶轮压力脉动的主频为轴频的7倍(7APF),导叶内的主频由正导叶内的4APF逐渐变化到过渡段与反导叶内的7APF。     

系统泵水力设计软件PCAD2000的特点

简要分析了国内泵水力设计ＣＡＤ软件的发展现状。全面论述了ＰＣＡＤ２０００的特点，即功能齐全、实用性强。它除了可进行清水泵的叶轮、蜗壳水力设计外，还可设计无堵塞泵的叶轮、蜗壳以及径向导叶、空间导叶等水力件的水力设计。它采用的数学模型科学且使用了优化算法，编程方法先进可靠。文章最后还给出了一个空间导叶的水力设计实例。     

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。     

塑料井泵新型轴向导叶设计及内部压力脉动特性

设计开发了一种新型轴向导叶,基于CFD方法进行了全流场三维定常和非定常数值模拟,探讨了该新型轴向导叶内部的压力脉动现象,得到了额定工况下首级叶轮出口、次级叶轮出口、首级导叶内部和次级导叶内部压力脉动特性,并通过快速傅里叶变换进行了频域分析.结果表明:与空间导叶相比,轴向导叶水力性能略低,但较径向导叶有很大优势;新型轴向导叶的压力脉动产生于叶轮出口与导叶进口交界处,且在向导叶传输的过程中脉动信号呈衰减趋势;从导叶进口至导叶出口,导叶内的压力脉动幅值明显降低,表明该轴向导叶压力转换能力强;次级轴向导叶内压力脉动幅值低于首级导叶;各监测点主频均与叶频相等或为叶频整数倍,首级导叶和次级导叶内频域分布存在一定差别.     

导叶叶片数及导叶相对位置对低扬程轴流泵装置性能的影响

为研究导叶叶片数及导叶相对位置对轴流泵装置性能的影响,设计了3个不同导叶数方案和4个不同导叶相对位置方案,采用计算流体动力学软件分别对每个模型在0.8Q_d~1.2Q_d之间的5个工况进行计算.根据数值计算结果,选择最优模型,即导叶数为5,叶轮出口距导叶距离为0.086D的泵装置模型进行能量特性试验,并将试验结果与数值计算结果进行对比分析.结果表明:当轴流泵叶轮叶片数一定时,增加导叶数,将使导叶水力损失增大,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;当叶轮叶片数和导叶数一定时,叶轮出口至导叶进口距离过大或过小时,将使导叶水力损失增大,导叶出口速度环量减小,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;试验结果与数值计算结果的误差在4%以内,验证了数值计算的可靠性、准确性.研究结果可为泵装置的导叶水力设计和效率提高提供一定参考.     

向心径向导叶内部流场的多工况PIV测量

为了掌握导叶内部的真实流动形态,完善导叶水力设计方法,设计了一个独特的PIV试验台,对向心径向导叶内部流场进行了PIV试验测量.试验泵段取自多级深井离心泵的一级,通过2个高强度水润滑轴承支撑起整个泵轴,借助45°安放的镜面对流场图像进行折射.通过相平均方法获得了不同工况下导叶中截面的速度场分布.结果表明：在设计流量附近,导叶内部流动较为稳定规整;在大流量下,由于导叶进口过流面积有限,液体流动受阻,产生了较大的冲击损失;在小流量下,流道内产生了流动分离和旋涡,旋涡的强度随着流量的减小而逐渐加强,而且涡核的位置也由靠近导叶叶片吸力面逐渐向导叶流道中部移动;导叶进口处产生较大的水力损失,导叶进口安放角对泵性能影响较大;为改善小流量工况下的流场,导叶流道中部的过流面积需要进一步调整.     

导叶数对多级离心泵反转式透平性能的影响

为研究导叶数对多级离心泵反转式液力透平性能的影响,以多级离心泵反转式液力透平首级为研究对象,设计了3种叶片数的导叶及相匹配的环形蜗壳。利用CFX软件进行定常及非定常数值计算,获得模型泵工况、透平工况的外特性曲线和内流场分布,以及导叶、蜗壳的内部压力脉动数据,并进行分析。结果表明:导叶数越少的模型内部流动越均匀。7片导叶数模型的回收功率及效率均为最大,但导叶数越少的情况下,导叶及蜗壳处的压力脉动幅值也越大。当导叶叶片数大于等于9片时,模型内部的压力脉动幅值基本保持不变。     

井用潜水泵导叶的正交试验与优化设计

为提高井用潜水泵的性能,采用正交试验的方法,按照L9（34）正交表,选取流道式导叶的叶片包角、叶片进口安放角、过渡段包角等4个因素,每个因素取3个水平,设计出9个导叶.采用变角对数螺线设计导叶叶片型线,并分别将9个导叶与同一个叶轮装配.通过Fluent提供的标准k-ε湍流模型、SIMPLEC算法、二阶迎风方程,对包含叶轮、导叶在内的两级井用潜水泵进行了全流场数值计算,从而获得了9组设计方案在额定工况下的效率、扬程.通过正交试验法分析了各几何参数对效率、扬程的影响规律,利用极差分析找到了影响流道式导叶性能的主要因素和次要因素,并提出了性能较优的模型泵设计方案.导叶叶片包角与叶片进口安放角对井用潜水泵的效率、扬程影响较大.样机试验结果表明：较优方案在额定工况下的泵效率为67.51%,单级扬程为13.84 m,其扬程与效率均超过国内同类产品及国家标准.     

AP1000核主泵模型泵导叶水力设计与数值优化

采用基础水力设计方法,利用模型泵叶轮外参数设计AP1000核主泵直导叶;基于CFD的数值计算与分析结果,针对所设计的直导叶内部流场流动损失较大的问题,提出2种不同的优化设计方案:第1种直接在直导叶的基础上进行优化设计;第2种采用叶轮与导叶配合设计的方法,将直导叶转化为扭曲空间导叶,并对其进行优化.在空间导叶的优化中也考虑了2种方案,对叶型进行参数化造型,然后生成样本数据库,选择叶轮加导叶结构的水力效率作为优化的目标函数,利用人工神经网络和遗传算法对不同空间导叶叶型进行多次优化改进,最终获得与叶轮水力性能匹配优良的核主泵导叶.最后讨论了不同导叶叶片数对水力效率的影响,从流动的角度对导叶叶片数的选取提供了理论指导和参考.     

多级离心泵叶轮与导叶的匹配特性

基于CFX软件,采用k-ε模型对某一立式三级离心泵全流场进行数值模拟,并进行试验验证,表明在设计工况下数值计算结果与试验结果吻合较好,但泵内流场分析发现,叶轮-导叶间隙及导叶内的流动损失较大.为了减少流动损失,提高多级离心泵叶轮与导叶之间的匹配特性,分别重新设计4种采用不同进口结构形式的导叶.在设计工况下对4种不同进口的导叶模型进行定常数值计算,并对水力性能、内部流动规律及叶片表面压力分布规律进行分析.结果表明:导叶进口采用扩散结构,与叶轮出口边相平行的模型水力性能最好;导叶进口采取扭曲结构时,能够提高叶轮扬程,但也会增大导叶与叶轮间隙的流动损失,并导致导叶进口压力不稳定;当导叶进口与叶轮出口平行时,可以减小导叶内的流动损失,提高导叶的水力性能;当导叶进口与轴线平行时,可以弱化叶轮与导叶之间的干涉作用,提高叶轮的水力性能,但会增大叶轮与导叶间隙处产生的流动损失.