泵自吸过程的数值计算与可视化试验研究

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型及结合滑移网格技术并加载试验所得的叶轮转速变化曲线和出口压力变化曲线对65ZB-40C型外混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行数值模拟,在叶轮进口、蜗壳各断面、气液分离室进口、回流孔上设置监测面,分析各监测面气体体积分数、气液相速度、混合相压力等参数的变化.采用高速摄影技术对自吸泵的叶轮、蜗壳、气液分离室及蜗壳出口段进行自吸过程的拍摄,把得到的图像与模拟结果进行对比.结果表明:自吸泵自吸过程中气液两相流态的微观变化与试验仪器监测到的压力、流量、转速等宏观变化具有一致性;自吸稳定过程占自吸时间的比例最大,对自吸性能的影响最大;气液分离室中心区域的气相空穴有利于蜗壳出口段的移动气泡的形成,有助于泵体内气体稳定地排出;自吸中期是一个动态稳定过程,进出口压力周期性地波动.     

外混式自吸离心泵瞬态高速摄影试验

为了研究自吸泵在自吸过程中的内部流动变化,设计了可视化自吸离心泵样机,利用LABVIEW虚拟仪器记录了自吸泵在自吸过程中压力、流量、转速等参数随时间的变化,研究了转速对自吸泵出口压力及自吸时间的影响.同时通过高速摄影试验,拍摄了各阶段自吸泵关键部位的气液两相流动状况,分析了自吸泵在自吸过程中气液两相的变化规律.研究结果表明:根据压力和流量随时间的变化规律,自吸泵的自吸过程可以分3个阶段,分别为自吸启动阶段、自吸稳定阶段和自吸突变阶段,且不同转速下的出口压力变化规律也符合这一特征; 叶轮转速越大,自吸泵出口压力在自吸稳定阶段的波动幅度越大,最终稳定的压力值越大,且自吸时间越短; 在自吸过程中,蜗壳和叶轮流道内均存在气泡分裂现象,单个大气泡逐渐拉长呈哑铃状,后随着气泡中间连接通道的消失,分裂成2个小气泡,以促进气体的排出和自吸的完成.     

泵腔内部环流对射流式自吸泵自吸性能的影响

为了研究自吸泵内部气液两相流动情况,选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象,运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型,对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟,得到了各过流部件压力和速度分布等内部流动信息,分析了射流器进口和泵腔出口处各监测点气相体积分数的变化情况,并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:液体从导叶出流后,会形成一个较大的速度环量,导致气液分离不充分,大量液体进入出水管路,泵腔内液体减少;在导叶背面添加筋板后,射流器进口处气相体积分数减小,喷嘴出流的工作液体中夹杂的气相体积分数减小,泵腔出口气相体积分数增大,从而提高了自吸性能。     

泵自吸过程气液两相流的可视化试验

自吸泵的自吸过程属于复杂的气液两相流动过程。通过建立泵自吸性能外特性及自吸过程气液两相流动特性协同测试系统,采用NI虚拟仪器Lab VIEW编程平台,实现了对泵自吸过程中的进出口压力、流量、转速的瞬态测试;同时采用高速摄影观测系统对自吸泵叶轮、蜗壳及气液分离室内部的气液两相流动过程进行了可视化观测。结果表明:在流量未上升之前,自吸离心泵的自吸过程一直处于动态的稳定过程。气液分离室进口出现的稳定气液分离面有利于气液分离,有助于气泡的排出。而扩散段出口出现的停滞回旋气泡不利于气泡的及时排出,对自吸性能有不良的影响。在自吸末期,流量、压力均有突变的过程,且气液分离室内小水珠、扩散管处气泡数目急剧增多,随后又急剧下降,体现了明显的瞬态效应。     

出水挡板对射流式自吸泵自吸性能的影响

为了提高射流式自吸泵的自吸性能,选取增设出水挡板的UJM75-2型射流式自吸泵为研究对象,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对导流器背面增设出水挡板后的泵腔内气相过流能力的影响规律进行分析,并根据分析结果进一步研究出水挡板对射流式自吸泵性能的影响机理.研究结果表明:出水挡板上方的出水孔与导流器背面筋板位置关系影响混合流体的出流,存在最佳安装位置;液体由出水孔流向泵腔内,会对泵出口产生冲刷作用,使得气液分离不充分,部分液体进入出水管道,阻碍气体排出;出水孔对称中心线与泵出口中心线夹角为90°时,自吸高度可达8.5 m,3 min即可完成自吸;增设出水挡板前后射流式自吸泵的水力性能变化甚微,可保证运行稳定的条件下提高自吸性能.     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。     

气泡雾化喷嘴的试验研究

气泡雾化是一种新型的两相流雾化方法,具有更小的雾滴直径和更低的工作压力.为此,设计了一种新型农业施药用的气泡雾化喷嘴,并对其流量和雾化特性进行了实验研究.其试验结果发现:喷嘴的雾化特性主要受气液比的影响,流量特性比较复杂, 气体流量和液体流量之间相互影响,一相流量的变化必引起另一相的流量变化;水平喷射时,颗粒直径沿径向的分布不对称,下方沿径向增大;上方基本不变.喷嘴出口直径的大小对雾化质量影响较小.     

自吸泵自吸过程瞬态流动的数值模拟

为研究自吸泵的瞬态气液两相流动过程,应用VOF多相流模型并结合滑移网格技术,采用标准k-ε湍流模型,以泵的进口速度实测值为边界条件,对型号为65ZB-40C的外混式自吸泵自吸瞬态过程内部流场进行了数值模拟.将叶轮分为8个区域,将蜗壳划分为10个断面并设定监测点,分析自吸过程中自吸泵叶轮各区域、蜗壳各断面监测点及其他关键监测面的压力、体积含气率及速度的变化过程.结果表明:在自吸初期和末期,泵内部多数区域压力和体积含气率存在着一个迅速变化过程,叶轮进口、蜗壳各断面、回流孔及气液分离室进口处的速度在自吸初期存在振荡,表现出明显的瞬态效应.所采用的模拟方法能够对自吸泵自吸过程各参数进行初步预测,研究结果对于自吸泵的自吸过程内部流动特性进一步研究具有一定的参考价值.     

旋流自吸泵内部湍流场大涡模

旋流自吸泵蜗壳结构不同于普通泵,具有特殊的流场结构.采用大涡模拟方法和滑移网格技术,通过对设计工况下旋流自吸泵三维非定常湍流场的数值计算,捕捉到泵叶轮和蜗壳内的压力分布、速度分布和尾迹区内旋涡的结构与演化特征等重要流动信息,结果表明叶轮内部静压具有一定的非对称性.分析了分离室内漩涡形成的原因.对含气率分布的分析表明,叶轮中气相主要集中于叶片的吸力面区域.对旋流自吸泵的性能进行预测,得到了预测性能曲线,并将预测结果与性能试验结果作了对比,证明了大涡模拟法能够较准确地预测旋流自吸泵内部流动特性和性能.     

旋涡自吸泵流致噪声模拟及降噪

以比转数为15.9的旋涡自吸泵为研究对象,结合CFX和LMS Virtual Lab中的Acoustic Harmonic BEM模块对旋涡自吸泵内流压力脉动和流致噪声进行仿真研究,旨在降噪优化.首先采用RNG k-ε湍流模型对旋涡自吸泵0.4Q_d,0.6Q_d,Q_d这3个工况下的内部流场分别进行定常、非定常求解,捕捉蜗壳壁面以及进出口管道壁面的压力脉动数据,并以cgns文件导入Acoustic Harmonic BEM模块进行声场计算,求解旋涡自吸泵内部的声压级大小及其分布特性.结合内流压力脉动与声场计算结果综合分析可得:蜗壳隔舌与叶轮的间隙内的压力脉动是产生流致噪声的主要因素.为了降低旋涡自吸泵内部流致噪声,借鉴涡轮叶片锯齿尾缘结构,优化叶片以降低间隙内流压力脉动.通过流场和声场的数值模拟的对比分析发现:优化泵隔舌间隙处压力脉动幅度在设计工况下最大降低20.0%,在小流量工况下最大降低26.6%;较之原模型,设计工况下改进型泵进、出口管道监测点的声压级分别降低1.01,1.03 dB;小流量工况下,进、出口管道声压级最大幅值分别降低8.57,2.65 dB.     

旋流自吸泵气液两相流数值模拟

采用雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通过商用软件FLUENT,对自吸时旋流自吸泵内气液两相流场作了数值模拟.在对蜗壳流道和叶轮流道进行网格划分时,尺寸扭曲率为0.78.根据模拟结果,将泵内两相流场的静压分布,与单液相时的静压分布作了对比,并比较了叶轮内气相与液相相对速度的分布情况.另外,对含气率的分布情况作了分析.结果表明,自吸时气液两相状态下的静压稍小于单液相状态下的静压;泵内的主要流动是液相通过相间作用夹带气相的流动,液相速度略大于气相速度;靠近泵出口的两个叶道内,有气相的积聚,含气率较高.     

自吸泵自吸过程气液两相流动特性

为了研究自吸泵自吸过程内部流动规律,以一台外混式自吸式离心泵为研究对象进行气液两相流动定常数值模拟,分析在不同进口含气率下叶轮和蜗壳气液两相分布以及平均静压分布规律,为自吸泵的优化设计提供依据.研究结果表明:气相最先聚集在靠近叶轮进口的叶片背面和隔舌区域,并随着进口含气率的增大,气相逐渐向叶轮和蜗壳流道内扩散,这不利于...     

隔舌间隙对自吸离心泵自吸性能的影响

为分析隔舌间隙对泵自吸性能的影响及其原因,进一步掌握泵的自吸机理,对外混式自吸离心泵在不同隔舌间隙时的自吸过程进行了高速摄影试验,通过图像处理技术研究蜗壳扩散段内气泡的数量、大小及运动轨迹,同时测量自吸完成时间。研究结果表明,自吸过程中扩散段靠近气液分离室左侧区域的气泡呈现小而密的特点,右侧区域的气泡呈现大而疏的特点。直径较小的气泡在蜗壳扩散段出口更容易被排出,较大的气泡在扩散段内振荡、回旋,不利于自吸的完成。当隔舌间隙从1.0 mm增加到2.5 mm时,经过隔舌进入扩散段的气泡平均直径从1.2 mm增加到1.9 mm,自吸完成时间从28 s上升到113 s,即隔舌间隙越小,进入蜗壳扩散段的气泡直径越小,这是减小隔舌间隙自吸时间缩短的微观机理。     

气液两相流工况下泵内气相特征数值计算

为研究叶片泵内气相的分布、运动规律,应用计算流体动力学方法对气液两相流工况下叶片泵内流场进行数值模拟,并通过试验进行验证.基于MUSIG模型对泵内气液两相流动进行了数值计算,同时采用Prince-Blanch模型和Luo-Svendson模型描述气泡聚并和破碎过程,揭示了压力分布、不同尺寸气泡分布和气泡平均直径分布.研...     

Numerical investigation on self-primingprocess of self-priming pump

In order to investigate the self-priming process of self-priming pump, an unsteady simulation was conducted where the Navier-Stokes equations were used with the Lagrangian-Eularian model. In course of this investigation, the volume fractions, pressure distribution and self-priming time were carried out. By analyzing the volume, velocity and pressure distribution of the gas-liquid two-phase flow at different time, the two-phase content via the variation law of the two-phase flow in the pump was carried out. By monitoring and analyzing the gas-liquid flow at the outlet of the pump, the self-priming time and crucial periods were given. Two phenomena were mainly characterized by the self-priming process such as the gas-liquid mixing and separation, which occur in the early stage of self-priming process. During that period the gas-liquid mixing clouds appear on the outer edge of the impeller, and the instantaneous void fraction at the inlet and outlet of the impeller decreases obviously. It was also established from the transient study that the effects of gas have a major influence on the hydraulic performance of the pump at the early stage of operation. To increase the usage of self-priming pump and to also understand the energy conversion of the pump it is very essential to investigate and establish the basic working principle of the self-priming pump.