双流道泵水力设计研究现状及发展方向

双流道泵水力设计的主要目标就是根据给定的参数(流量、扬程、转速等),使所设计的泵具有最高的效率、必要的汽蚀余量和良好的无堵塞性能,并使泵的外特性符合预先给定的要求。为此,分析了双流道泵水力设计的研究现状,讨论了双流道泵相似换算法、速度系数法、优化设计及计算机辅助设计等水力设计方法,并分析了各自的优缺点,提出了双流道泵水力设计的发展方向。     

双流道泵叶轮参数化三维造型

阐述了双流道泵叶轮的结构和性能特点,指出了双流道泵参数化三维造型的意义和现状。应用PCAD2004设计了双流道泵二维水力设计图并详细分析了双流道泵叶轮的空间三维结构特点,在此基础上给出了用Pro/E进行无堵塞双流道泵叶轮三维造型的方法和过程。应用VC++6.0在Pro/TOOLKIT环境下对Pro/E进行二次开发,通过修改双流道泵三维实体模板几何特征,成功开发出了实用的双流道泵叶轮参数化三维造型程序。采用动态链接库方法实现双流道泵参数化三维造型程序与Pro/E和MFC之间的数据接口。实例应用表明该程序运行结果良好,可以满足工程应用的要求,具有推广应用价值。     

双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化

为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。     

双流道泵叶轮切割定律方程的建立与试验

为了找出适用于双流道泵叶轮的切割定律,选用比转数为77和122的两种双流道泵,分别对其叶轮进行了5次切割,并进行了泵外特性试验。通过分析双流道泵在最优工况及关死点工况下性能参数与叶轮直径的变化规律,确定了相应的切割指数取值范围,最终建立了双流道泵叶轮的切割定律指数方程。研究结果表明,双流道泵的流量、扬程、轴功率和效率随叶轮直径的减小而降低,但随叶轮切割百分比的增加,最优工况性能参数的变化规律及下降幅度并不相同,关死点扬程和轴功率随叶轮直径的减小下降明显;双流道泵关死工况点的切割指数可以近似认为与比转数的变化无关;最优工况和一般工况点的流量切割指数随比转数的变化较明显。建立的双流道泵叶轮切割定律预测值与试验值吻合性好。     

叶轮流道结构对双流道泵性能的影响

从叶轮流道结构变化的角度研究双流道泵的内部流场及其流动特性．采用标准k-ε湍流模型和全隐式多网格耦合算法,对双流道泵叶轮的3种流道结构,即上圆弧式（方案a）、直线式（方案b）、下圆弧式（方案c）进行全流道三维不可压缩湍流流场的数值模拟,并比较其在相同工况下的水力性能,探寻最优的双流道泵叶轮流道结构．结果表明：不同叶轮流道结构的双流道泵,在设计工况下的内部压力和速度场分布呈现出规律性和差异性;方案a和方案c的有效流道体积均增大,方案a无阻塞性能最好;方案a的水力效率最低,但在流道出口处具有更加明显的压力降;方案c具有最高的水力效率,扬程最低;综合分析,方案b具有最高扬程14.46 m和较高水力效率78.24%,较另外2种方案,方案b的综合性能指标最优,认定其为最优双流道泵叶轮流道结构.     

双流道叶轮内湍流的三维数值模拟

对双流道泵叶轮内三维不可压湍流流动进行了数值模拟。计算采用了雷诺时均N-S方程和修正了的k-ε湍流模型，计算在体贴坐标系和交错网格中进行并采用了SIMPLE-C算法。计算结果揭示了双流道泵叶轮内湍流流动的压力分布和速度分布规律。研究结果可以用来对双流道泵进行性能预测并为双流道泵的优化设计创造了条件。     

双流道泵优化水力设计

研究了双流道泵的优化设计方法，采用单目标方法和损失极值法建立了目标函数，同时考虑了叶轮和蜗壳的主要参数对泵效率的影响，并依此提出了优化设计的设计变量，分析给出了其边界约束条件和性能约束条件。几个优化设计的双流道泵实例表明本文所述的方法是有效的。     

双流道泵内部流动非定常数值的研究

在不同工况下,采用滑移网格技术对双流道泵进行了非定常流动数值计算,着重分析了叶轮内不同点的压力波动情况。计算表明,双流道泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;从叶轮的进口到出口,压力逐渐增加;不同工况条件下叶轮的压力变化明显,其中小流量条件压力波动最大;叶轮流道内部不同点的压力随时间呈周期性变化规律。该计算为进一步研究双流道泵的水力设计、性能预测、优化设计提供了一定的理论依据。     

无过载双流道排污泵性能预测研究

在进行无过载双流道排污泵设计时,利用公式预测的性能和试验结果有较大误差。对此,通过流动分析指出,普通离心泵相对液流角与叶片出口安放角相差不大,而在双流道叶轮出口速度三角形中,相对液流角与叶片出口安放角相差较大,因此,用叶片出口安放角进行性能预测是造成误差的主要原因。提出了双流道泵无过载性能预测的计算方法:!2应取叶片背面出口安放角;计算叶片排挤系数时,叶片厚度应取内流道出口处叶片厚度。试验表明,该计算方法能大大提高性能预测的准确性,预估最大轴功率值及其位置较普通计算方法误差大幅度减小。     

采用SIMPLEC算法数值模拟双流道叶轮内部流动

采用SIMPLEC算法对双流道泵叶轮内部三维不可压湍流流动进行了数值模拟。计算结果揭示了双流道泵叶轮内部湍流流动的速度分布规律。     

隔舌间隙对双流道泵瞬态流动特性的影响

为了研究隔舌间隙对双流道离心泵压力脉动特性的影响,采用大涡模型及网格滑移技术,结合全隐式多网格耦合算法,应用ANSYS-CFX对比转速为110的双流道离心泵进行三种隔舌间隙数下的全流道三维不可压缩湍流非定常数值模拟。在外特性模拟结果与实验结果对比验证的基础上,结合双流道泵自身特性,从泵的无阻塞性和内部流动的角度,探寻隔舌间隙数对双流道离心泵内压力分布、隔舌区附近的速度场及关键点压力脉动特性的影响规律。研究结果表明：随着隔舌间隙数的增大,压水室的高压区范围明显变大,泵内部静压分布规律性更好,隔舌间隙数越大,隔舌区附近的平均速度越小,流体在隔舌区域附近的流动更加平稳;不同隔舌间隙数的压力脉动的主频均为叶频,隔舌及蜗壳区压力脉动峰值处频率均为48.20Hz,同时随着隔舌间隙数的增大,压力脉动剧烈程度明显降低,这也是泵的水力效率有所提高的重要原因之一。适当增大隔舌间隙数有利于改善双流道离心泵水力性能及压力脉动特性。     

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。     

双流道泵内固液两相流动的数值模拟

采用Mixture多相流模型,对一比转速为80的双流道泵内固液两相流动进行了叶轮蜗壳耦合数值计算,比较了不同颗粒直径、不同颗粒体积浓度和不同工况等3种因素,对该双流道泵内静压分布、绝对速度分布、固相体积浓度分布以及泵能量外特性等的影响.结果表明：颗粒直径的变化对泵的固相体积浓度分布的影响最为明显,对静压分布、速度分布及泵的外特性等的影响较小;颗粒体积浓度的变化对泵内静压、固相体积浓度分布和外特性等都有比较大的影响,对速度分布没有明显影响;工况的变化对泵内静压和速度分布的影响最大,对固相体积浓度分布影响较小.本研究还表明,该固液两相流双流道泵的性能曲线趋势,与一般清水离心泵的基本相同;在输送颗粒直径为0.075 mm左右、体积浓度为30%的固液混合物时,该泵运行性能最优.     

两种叶轮型式潜水排污泵的内流特征与通过能力

为了比较具有不同叶轮型式的2台潜水排污泵的通过性能,采用计算流体动力学方法和SST湍流模型,分别选用清水和固液两相流体为液体介质,模拟双流道污水泵与双叶片污水泵在3种不同流量工况(0.8Q,1.0Q,1.2Q)下的流动特征.对比2台污水泵在输送清水与固液两相流体时的流动参数分布,并对输送这2种介质时的固体颗粒速度和固相颗粒体积分数分布进行分析.结果表明:与双叶片污水泵相比,双流道污水泵内的流动参数分布更加均匀.双流道污水泵叶轮进口存在1个大尺度旋涡,在一定程度上提高了双流道污水泵的通过能力.对比双流道污水泵与双叶片污水泵内固相颗粒分布规律,发现双流道污水泵内固体颗粒的速度更快,局部固体颗粒聚集程度较小,因而双流道污水泵的通过能力强于双叶片污水泵.     

高效无堵塞泵的研究开发与发展展望

在系统归纳、总结了作为高效无堵塞泵叶轮的主要结构型式及其特点的基础上，重点探讨了双流道叶轮及压水室的设计方法，介绍了高效无堵塞泵水力设计CAD软件的开发与应用．开发的高效无堵塞泵系列产品综合技术指标居国内领先和国际先进水平，已被江苏亚太泵业集团公司等几十家企业生产，并在国内外重点工程上广泛应用，取得了十分显著的经济和社会效益．对高效无堵塞泵发展的深入展望，给今后的研究工作指明了方向．     

SLB300-25型特种双流道无堵塞泵的研制

文中介绍了主要用于吸泥的双流道无堵塞泵的水力、结构设计；该泵具有耐磨性好、效率高、通过能力强、平衡性及可靠性好的特点，经过测试和工程应用证明综合性能好且实用．可广泛用于工农业环保业中。     

固相浓度对旋流泵内循环流动结构的影响

为研究固相体积分数对旋流泵内部循环流结构的影响,以150 WX-200-20型旋流泵为研究对象,基于流体动力学理论,采用Eulerian双流体模型,以体积分数为10％～35％的固相与清水的6种混合流体为介质进行数值模拟.对比分析旋流泵内流场的流线变化规律,研究不同固相体积分数时,在泵内以轴为中心阵列的4个1/4截面上涡...     

基于流固耦合的隔舌位置对双流道泵综合性能的影响

为了研究隔舌位置对双流道泵水力性能与结构性能的影响,针对3种不同隔舌安放角的双流道泵进行双向流固耦合计算,结果表明:水力性能方面,隔舌位置对扬程的影响较小,而对效率的影响较大,3种方案的最大扬程差仅为0.09 m,而最大效率差达1.1%;隔舌位置主要影响隔舌圆角及往第1断面方向附近与叶轮间隙处的压力脉动程度,隔舌安放角越大,压力脉动越强;叶轮旋转1周,蜗壳所受径向力呈现周期性变化规律,叶片扫过隔舌圆角时,蜗壳所受径向力最小,转过90°时径向力达到最大值.增大隔舌安放角可显著减小蜗壳所受径向力.结构性能方面,叶轮应力集中出现在出口吸力面,蜗壳应力集中出现在隔舌圆角附近靠后盖板处,增大隔舌安放角会增加蜗壳的最大应力值,但振幅减小;双流道泵发生10^-5m量级的位移,最大位移出现在蜗壳出口处,主要受叶片通过频率的影响,呈周期变化趋势,且随着隔舌安放角的增大,蜗壳最大变形量增大,振幅减小;隔舌位置对泵的振动速度影响比较明显,增大隔舌安放角,有助于减小振动.     

无过载潜水排污泵的设计与试验

分析限无过载潜水排污泵的运行特点，在对现有双流道式叶轮水力模型进行归纳总结的基础上，提出了无过载潜水排污泵的水力设计方法，设计实例表明该方法安全可行，额定工况点泵的效率比标准规定值高13.04%，最大轴功率小于额定功率，可以在全扬程范围内安全运行。     

特种双流道无堵塞泵设计与应用

介绍了主要用于吸泥的双流道无堵塞泵的水力、结构设计。泵的设计参数为：流量300m^3／h。扬程25m，比转速106，工作转速1450r／min，功率45kW，最大输送固形物颗粒直径达60mm。该泵耐磨性好、效率高、通过能力强、平衡性及可靠性好。经过测试和工程应用证明综合性能好且实用。