离心叶轮内流场的PIV实验

离心叶轮内流场的流动规律是泵的扬程、效率等外特性指标的决定因素。以PIV测试系统在一自行研制的透明离心叶轮内多工况测试了相对速度分布。以大量实验数据为依据,总结了叶轮内流场一些流动规律,并以理论方法分析揭示了这些规律的力学原因。     

轴向旋涡流动的PIV实验研究

向旋涡流动是离心叶轮叶片之间一种特殊的相对流动,其流动规律是离心叶轮正反问题研究的重要基础。以先进的PIV测试系统在一特殊的自制叶轮内有针对性地完成了轴向旋涡速度分布规律测试,这些测试结果和有关理论探讨将为认识这一重要的流动现象提供有价值的依据。     

混流泵叶轮内部流动的PIV实验

为探讨混流式叶轮内部的流动机理,设计了一半开式叶轮混流泵实验装置,利用PIV技术对设计流量及变流量工况下叶轮内部的流动进行了测量.时均速度场的相对速度分布表明,设计流量下从进口到出口压力面附近相对流速先降低后升高,吸力面先升高后降低.在叶轮出口沿叶高方向压力面附近变化不大,吸力面从叶根到叶顶逐渐降低,最小相对流速位于吸力面叶顶附近.小流量工况下在叶顶和中间叶高截面内会出现回流现象,叶轮内不同流道内相对流速分布趋势基本一致.     

双流道及双叶片式叶轮内流场的PIV测量与比较

为研究双流道叶轮与普通叶片式叶轮的内部流动区别,设计制作了满足粒子图像测速仪（PIV）测量要求的模型泵,模型泵的叶轮有双流道和双叶片2种形式。用PIV分别测量了双流道叶轮和双叶片叶轮的内部流动,并自编程序对测量所得绝对速度进行分解,得到相对速度。由测量结果可知：在双叶片叶轮内,流体基本沿叶片吸力面流动,叶片压力面上的相对速度较低,在压力面出口出现了速度很低的回流区,有明显“射流-尾迹”特征。双流道叶轮内流动也不均匀,但没有出现明显的回流区,流态较好。流量改变时2种叶轮内的流动变化规律一致,随着流量增大,相对速度逐渐增大、绝对速度减小,设计工况下叶轮内的流态最好,小流量工况下流动扩散严重。     

离心泵叶轮内部流动的PIV正交测量

按正交试验要求,设计制作了9副长短叶片复合式离心泵叶轮.正交因素为短叶片进口直径D’、短叶片进口偏置角θ1和短叶片出口偏置角θ2,每个因素取3个水平.在设计转速下(1 250r/min),应用粒子图像速度仪测试了每个叶轮在4种不同工况下的叶轮内瞬时流场.揭示了叶轮内相对速度矢量场的特征及其分布规律,发现叶轮叶槽内部的流动具有非对称、非均匀的特点,即吸力面附近的相对流速高于压力面附近的相对流速,吸力面附近的相对流速沿前进方向递增,压力面附近的相对流速沿前进方向递减.吸力面的前端(进口处)存在高速区,压力面前端(进口处)存在低速区.短叶片的形状、位置对叶轮内流场有显著影响,不同方案的差异较大.当短叶片进口直径适中,进口偏置角较大,出口偏置角适当时,叶轮内流场流态较好.外特性测试与粒子图像速度仪测试所揭示的规律一致.     

修锉叶片出口对离心泵内流场及叶轮强度的影响

当离心泵扬程略低于实际需求时,可以通过修锉叶片出口提高其水力性能.文中对单级单吸离心泵叶轮进行修锉,对比修锉前后试验发现,扬程、效率分别提高了9.8%和6.7%.同时采用CFX软件对该泵在设计工况下的全流场进行了非定常数值计算,对比分析了修锉前后内流场的变化.基于ANSYS Workbench平台,对叶轮进行单向流固耦合计算,分析了修锉叶片出口对叶轮强度的影响.结果表明:叶片出口修锉后,出口尾迹区的绝对速度增大且相对速度减小,导致扬程上升;修锉后叶片出口边的逆压力梯度明显减小,阻止了边界层的分离,减少了摩擦和分离损失,从而提高了效率;叶轮最大等效应力与修锉前相比,其差别随着相位的不同而不同;各相位下,修锉后的叶轮最大总变形均大于修锉前.研究结果为改善离心泵内流场提供了一种可靠的方法.     

离心式叶轮内紊流流场数值分析及PIV测试

采用RNGk-ε紊流模型计算了闭式叶轮以及相对应的半开式叶轮内部的三维紊流流场。计算结果表明，闭式叶轮在小流量工况时，叶片吸力面存在大范围的回流，最优工况和大流量工况叶片压力面进口前沿为低速区，进口前靠前盖板侧存在漩涡。开式叶轮间隙中存在的回流导致叶轮中叶片上下两个明显的回流区，与封闭式叶轮相比最优工况点流量和扬程下降，效率下降达18%。为满足PIV测试的要求设计了透明离心泵。二维PIV测试的结果能较好地验证紊流计算的结果，同时也说明，即使在最优工况下叶轮中各叶槽问的流动也有明显的差别。     

采用ILUT预处理的BiCGstab算法及在叶轮内流计算中的应用

介绍Krylov子空间迭代算法及预处理方法。采用有限体积方法对不可压缩流动方程进行离散。对离散形成的大型代数方程组,采用ILUT为预处理的BiCGstab算法进行求解。给出ILUT预处理算法及BiCGstab算法求解代数方程组的步骤。将该算法应用于旋转叶轮内流计算,计算结果与ERCOFTAC叶轮已有的结果较为符合。数值计算表明采用ILUT配合BiCGstab算法比选择标准ILU预处理速度更快,稳定性也较好。     

离心泵有盖板叶轮内部流场的PIV测量

用PIV技术对离心式水泵有盖板叶轮内部流场进行了试验测量。水泵在两种工况下运行，选择两个叶槽分别进行测量，获得了水泵叶轮全叶槽内的速度场。两种工况下不同窗口的流场均有明显差异，呈不对称分布；小流量工况始终存在一个低速区，位于叶槽进出口之间，靠近吸力侧。     

离心泵叶轮内二维PIV非定常流动测量

采用二维PIV对离心泵蜗舌附近旋转叶轮内的流场进行了测量,获得了5个不同相位的二维相对速度场.结果显示:在流量Q/Qbep=0.52时,叶轮内压力面存在逆时针方向的回流,叶片在靠近蜗舌时,吸力面存在顺时针方向的回流.在流量Q/Qbep=1.0时,叶轮出口存在射流/尾迹现象.研究表明:小流量工况下,蜗舌对叶轮内的相对速度场有显著影响,而在最优工况下影响较弱.     

离心泵叶轮内流数值模拟的现状和展望

结合计算机技术的发展，论述了离心泵叶轮内部流动数值模拟研究的历史和现状，对用于离心泵叶轮内流的数值模拟方法进行了较为详细的介绍；并在总结前人所做工作的基础上，提出了离心泵内流计算的发展趋势。     

提高离心风机效率的几种措施及内流分析

介绍了几种提高离心风机效率的措施，分析了风机改进前后的内部流动，供风机设计者和研究者参考。     

不同出口角离心油泵叶轮切割性能实验

对不同出口角的离心油泵叶轮直径进行了切割，当输送清水时，对离心油泵性能的变化情况和切割定律的影响进行了实验研究。结果表明，随着叶轮直径的减小，最优工况点向着流量减小的方向移动；泵在第一次切割后，即叶轮直径为205mm时，最优工况点的效率有所上升，出口角越大效率上升的幅度越大。关死工况下．扬程切割指数和轴功率切割指数分别近似等于常数。最优工况下，流量、扬程、轴功率和效率切割指数与现有理论值不同。     

采用PIV研究叶轮轴向旋涡流

轴向旋涡流是离心叶轮内特殊的流动现象．它的速度分布规律与叶轮特性关系密切。本文作者采用先进的PIV系统在改型叶轮内进行实验研究，首次成功获得叶轮轴向旋涡瞬态流场。经数据处理、分析，揭示了轴向旋涡流相对速度在不同转速时的分布规律。实验研究结果将深化人们对离心叶轮内流场的认识。     

基于PIV的循环式生物絮团系统涡旋分离器内流场研究

为分析循环式生物絮团系统涡旋分离器的内流场特性,基于非接触式流场测试PIV (Particle image velocimetry)技术对试验规模涡旋分离器内流场进行测量,分析了该涡旋分离器在不同水力停留时间工况下(248、83、49 s)涡旋分离器内部流场的合速度、分速度和涡量等分布情况。结果表明:不同水力停留时间条件下,涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋,同时随着水力停留时间的加快,中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同,仅在筒壁附近产生小的二次流,同时沉积仓内的颗粒速度方向趋于一致;虽然水力停留时间加快,但轴向和径向的合速度变化不大,且不同速度占据的比例基本相同;不同工况下顺时针和逆时针涡量基本相同,且水力停留时间越慢,流场的涡量相对越小,并随着水力停留时间加快涡量分布趋向均匀,即高涡量区域逐渐增加; PIV试验由于激光能量一定,其穿透能力有限,因此,对于复杂结构的PIV试验所获得的结果有待改进。     

叶轮倾斜出口对长轴消防泵内流特性的影响

以XB4.3/240-300LC型立式长轴消防泵为研究对象,在保证叶片包角、进出口安放角、叶轮出口宽度、叶轮出口中间位置到叶轮进口轴向距离以及到旋转轴的径向距离、出口过流断面面积、叶片进口边与前盖板流线交点的径向坐标值均不变的条件下,通过改变叶轮出口倾斜角度设计多种叶轮方案,采用SST湍流模型,对不同方案进行数值模拟和内部流场分析,以寻求泵水力性能最优的叶轮出口倾斜角度.研究结果表明:改变叶轮出口倾斜角度,泵扬程和效率在小流量工况下提升幅度较小,而在大流量工况下,提升幅度相对较大;当叶轮倾斜角度为15°时,泵扬程和效率出现峰值,继续增大倾斜角度,两者反而下降,则倾斜角度为15°视为最优叶轮出口倾斜角度,此时泵扬程和效率相对原始方案分别提高5.95%和1.19%;叶轮出口处绝对速度圆周分量和径向分量在大流量工况下分布有较好的一致性,叶轮出口倾斜角度对其影响较小,而在小流量工况下,各方案的绝对速度分量在流道内分布规律较差;叶轮倾斜出口对环形空间及空间导叶内部湍动能分布有较大影响.     

离心风机叶轮三维反问题气动优化设计

基于三维反问题设计方法和CFD技术,结合试验设计方法和模拟退火优化算法,以轴面流道形状参数和叶片形状参数为设计变量,以叶轮效率为优化目标,建立了离心风机叶轮三维反问题气动优化设计方法。叶片形状通过三维反问题设计方法由叶轮的环量分布参数表达。运用该方法进行了离心风机叶轮的优化设计,叶轮效率提高了3.3%。根据建立的优化设计变量和叶轮效率之间的响应面函数关系式,分析了不同轴面流道形状参数和环量分布参数及参数间交互效应对叶轮效率的影响。结果表明:相对于轮盘处轴面流道轮盖处型线和环量分布形式,轴面流道叶片进口边倾斜角对叶轮效率影响更为显著。     

基于Fluent的液力变矩器内流场数值计算

为了找出影响液力变矩器传动效率的原因,为进一步改善变矩器的性能和设计制造水平提供理论依据,通过Fluent对变矩器内流场进行数值模拟。采用分离求解器,绝对速度方程,标准k-ε模型,标准壁面函数,二阶迎风离散格式,SIMPLE算法,压力进口和压力出口,并使用混合平面模型。通过数值计算,得到了不同工况下内流场的分布情况,并计算出变矩器的原始特性,最后将计算结果与实验结果对比,最大误差不超过5%,证明了三维计算的正确性。