用正交试验研究分流叶片对离心泵性能的影响

为了研究分流叶片各设计参数对离心泵性能的影响,选取周向偏置角、偏转角、分流叶片进口直径及叶片数4因素,制定了L9（34）正交试验方案,对每个试验叶轮分别进行了数值计算和试验研究,详细分析了分流叶片设计参数对离心泵性能的影响规律.结果表明,影响离心泵扬程和效率的最主要因素分别是叶片数和叶片直径;而泵性能最优情况下,分流叶片的最佳组合参数为：叶片数Z取较大值,周向位置为0.60θ,进口直径约为2/3D2,偏转角为-5°--10.°试验结果和数值模拟结果基本吻合,验证了数值计算方法的有效性和可靠性,为进一步研究低比转速离心泵的水力性能和优化设计方法提供了有益的参考.     

分流叶片对低比转速离心泵固液两相性能的影响

低比转速离心泵普遍应用于水利农业以及工业等领域之中,是一类小流量高扬程泵.我国河流普遍存在多泥沙现象,固相颗粒的存在会对离心泵过流部件造成很大影响.在固液两相条件下,设置分流叶片不仅可以提高离心泵性能,还能改善其内部流场使其运行更加稳定,输送两相介质的能力增强.当颗粒粒径在0.5 mm以内时,有分流叶片的低比转速离心泵...     

带分流叶片离心泵研究现状与发展

分析了低比转速离心泵水力性能方面存在的问题，阐述了低比转速离心泵水力设计主要方法，如加大流量设计法、无过载设计法、面积比设计法、偏置短叶片设计法，并就其相互关系进行了比较，着重分析介绍了国内外带分流叶片低比转速离心泵的研究成果和研究现状，最后对带分流叶片离心泵研究趋势做出了展望。     

带分流叶片离心泵无过载特性的理论与试验研究

通过整合分流叶片设计方法和无过载理论,基于无限叶片数理论和泵的欧拉方程,分析了带分流叶片离心泵无过载特性实现的理论条件,并推导了最大轴功率及其位置的预估公式.按高效无过载离心泵的设计要求,选择叶片出口安放角β2,叶片出口宽度b2,喉部面积Ft以及分流叶片进口直径Di,设计了三水平的L9（34）标准正交试验方案.试验得到了各参数对带分流叶片离心泵各性能指标影响的主次顺序为b2,β2,Ft,Di,并得出模型泵的最优设计方案,同时验证了所推导的带分流叶片离心泵轴功率极值点预估公式的有效性.对最优设计方案的测试结果表明,在实现无过载的同时,保持了较高效率,达到了试验目的.说明分流叶片设计和无过载设计理论的整合,可以实现离心泵的高效无过载特性.     

分流叶片对离心泵空化性能影响的数值分析

为了研究分流叶片对离心泵空化性能的影响规律,以模型泵IS50-32-160为研究对象,设计了1种不带分流叶片与3种带分流叶片不同短叶片进口直径的叶轮,利用CFD对此离心泵的全流道进行了数值模拟,并对分流叶片离心泵在不同空化余量时泵的空化性能和叶轮内部流场分布进行分析研究.分析结果表明:添置分流叶片后,泵的扬程和效率均显著提高,但短叶片的长短对扬程和效率的影响不大;添置分流叶片后,泵的抗空化性能均有提高,且当离心泵短叶片进口直径为0.725D₂时,离心泵的抗空化性能相对较好,必须空化余量比其他2个带分流叶片方案减小了0.5 m;空化发生以后,叶轮出口射流速度会增加损失,同时叶轮内部速度的减小又会减少叶轮产生的动能,因而扬程会发生突降;带分流叶片的方案气泡分布情况比无分流叶片方案均有一定的改善,添置分流叶片后,气泡发展较为缓慢.     

离心泵分流叶片偏置设计的试验研究

为进一步提高离心泵的性能，在二长叶片中间可增加分流叶片。基于离心泵叶轮内真实流动情况，本文较全面地阐述了分流叶片偏置设计的原理及其效果。采用正交试验，详细研究了分流叶片的各几何参数对泵性能的影响。试验证明，分流叶片向长叶片负压面偏置（０．４θ）、分流叶片向长叶片负压面一侧偏转（－３°～－１０°）和进口直径Ｄ＇为（０．６～０．７）Ｄ＿２时，泵的性能有较明显的改善。     

离心泵分流叶片参数对性能影响的灰色理论分析

为研究离心泵分流叶片参数对其性能的影响,应该侧重于参数排序的规律性及其可靠性方面.采用灰色理论分析了4种不同情况下分流叶片周向偏置角β、偏转角α、进口直径D＇和叶片数Z对扬程和效率的综合影响及其规律.通过大量计算,得到了这4个几何参数对扬程和效率影响排序结果.研究结果表明：在4种情况下,4个几何参数中分流叶片周向偏置角β对扬程影响最大,偏转角α影响最小,进口直径D＇和叶片数Z对扬程的影响,依次处于它们之间;进口直径D＇对效率影响最大,偏转角α影响最小,参数β和Z的影响,介于两者之间.分流叶片参数排序重复性好,可靠性高.研究结果为进一步研究低比转数离心泵水力性能和优化设计提供了重要的依据.     

分流叶片对离心泵内部非定常流动特性的影响

采用Ansys-CFX软件对5个具有不同分流叶片进口直径、不同分流叶片周向偏置度的叶轮方案进行全流场非定常数值模拟,分析了有、无分流叶片以及不同分流叶片设计对叶轮进口、蜗壳出口及叶轮-蜗壳交界面处压力脉动特性的影响规律.结果表明：分流叶片有利于降低叶轮进口压力且提高蜗壳出口压力,从而提高泵的扬程,带分流叶片设计方案的扬程比没有分流叶片设计方案提高2%～12%,但不同分流叶片设计方案的扬程绝对值差异不大;分流叶片有利于减小叶轮进、出口处的压力脉动;有利于减小叶轮-蜗壳交界面处的压力脉动,从而改善叶轮出口的＂射流-尾流＂结构;不同分流叶片设计对扬程的影响趋势接近,但对非定常流动特性的影响不同,当分流叶片进口直径为106 mm且向长叶片背面偏置5°时,扬程最高,压力脉动最小;带偏置分流叶片设计方案的扬程略高于带不偏置分流叶片设计方案.     

分流叶片对螺旋离心泵径向力的影响

为了改善单叶片螺旋离心泵叶轮径向力过大的问题,对单叶片叶轮设计分流叶片,并采用Navier-Stokes方程和标准的k-ε湍流模型对带分流叶片和不带分流叶片的螺旋离心泵的内部流场进行非定常数值模拟。通过模拟分别获得了带分流叶片和不带分流叶片的螺旋离心泵的蜗壳出口压力脉动特性以及作用在蜗壳和叶轮上的径向力特性,并对其进行分析比较。结果表明:各个工况下,带分流叶片和不带分流叶片的螺旋离心泵的蜗壳出口压力脉动特性、作用在蜗壳和叶轮上的径向力均呈周期性变化,且主频均为各自叶片通过频率;采用分流叶片后周期变为原模型周期的一半,蜗壳出口压力脉动幅值明显减小,作用在叶轮上的径向力明显减小,作用在叶轮上的径向力的变化趋势关于坐标轴对称性加强,且基本呈椭圆形分布;作用在蜗壳上的径向力虽有小幅提升,但是其脉动幅值减弱,且高频脉动减少。表明单叶片螺旋离心泵叶轮分流叶片的添加不仅可以有效减小叶轮上的径向力,而且对降低蜗壳上的振动特性有一定的积极作用。     

分流叶片包角对低比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了研究分流叶片包角对低比转速离心泵固液两相流动的影响。采用mixture多相流模型及ANSYS CFX软件对5组不同分流叶片包角的低比转速离心泵模型进行固液两相流动的数值模拟。探讨不同分流叶片包角的低比速速离心泵效率、扬程、静压分布、固相体积分数、径向力等的影响因素。结果表明：在清水条件下分流叶片包角φ=70°时,效率到达最高,在固液两相条件下效率均随分流叶片包角增大而降低;固体颗粒主要分布在叶片背面后侧,随分流叶片包角的增大,分流叶片上的固体颗粒逐渐向叶轮进口处扩散,主叶片上固体颗粒分布基本不变;分流叶片包角过大或者过小都不利于减小离心泵的压力脉动和径向力,存在最优分流叶片包角φ=70°。     

双吸式双蜗壳泵隔板优化设计

双蜗壳可减小离心泵的叶轮径向力,但数值模拟及试验结果均表明,不合理的隔板设计会导致双蜗壳泵较单蜗壳泵在原设计工况点处的扬程、效率分别相对下降21.8%和41.3%,不能满足实际工程需要.对隔板重新进行优化设计,取隔板起始位置、曲线方程中的常数、蜗壳第Ⅷ断面至隔板末端的长度3个参数为影响因素,每个因素各取两个水平,制定L4（23）标准正交试验,并对每一试验方案进行数值模拟,试验结果表明隔板起始位置（因素A）对泵的水力性能和径向力影响最为显著.由正交试验得到隔板的最优方案,并对其构成的双蜗壳泵进行内部流场分析和试验验证.结果表明：最优隔板应为隔板起始位置旋转至与蜗壳隔舌成180°对称结构、曲线方程中的常数为蜗壳基圆半径、隔板终止位置与隔舌处于同一铅直线,由此隔板构成的双蜗壳泵在保持泵原有的水力性能的同时,平均削减1/2的叶轮径向力.     

双吸式双蜗壳泵隔板优化设计

双蜗壳可减小离心泵的叶轮径向力,但数值模拟及试验结果均表明,不合理的隔板设计会导致双蜗壳泵较单蜗壳泵在原设计工况点处的扬程、效率分别相对下降21.8％和41.3％,不能满足实际工程需要.对隔板重新进行优化设计,取隔板起始位置、曲线方程中的常数、蜗壳第Ⅷ断面至隔板末端的长度3个参数为影响因素,每个因素各取两个水平,制定L (2 )标准正交试验,并对每一试验方案进行数值模拟,试验结果表明隔板起始位置(因素A)对泵的水力性能和径向力影响最为显著.由正交试验得到隔板的最优方案,并对其构成的双蜗壳泵进行内部流场分析和试验验证.结果表明:最优隔板应为隔板起始位置旋转至与蜗壳隔舌成180°对称结构、曲线方程中的常数为蜗壳基圆半径、隔板终止位置与隔舌处于同一铅直线,由此隔板构成的双蜗壳泵在保持泵原有的水力性能的同时,平均削减1／2的叶轮径向力.     

离心泵平衡孔和背叶片对轴向力特性影响

为研究平衡孔和背叶片对低比转数离心泵轴向力特性的影响,选用一台IS80-50-315型离心泵为研究对象,分别对只有平衡孔、只有背叶片及二者皆有、皆无4种方案进行试验与数值分析.结果表明,背叶片对泵水力性能的影响大于平衡孔,且对泵能量损耗起主导作用.在额定工况下,前泵腔内液体压力沿径向具有“阶梯型”变化规律,后泵腔内液体压力近似线性增大,平衡腔内液体压力随流量变化几乎呈直线分布趋势;同一台试验泵中,平衡孔对前泵腔和平衡腔内液体压力影响更大,背叶片对后泵腔内液体压力降低效果更佳.叶轮加背叶片后所受扭矩明显增大,仅有平衡孔时扭矩稍有增加.全流量工况下平衡孔对轴向力的平衡能力优于背叶片;两者共同存在时,平衡轴向力效果最差.     

交错叶片对双吸离心泵性能影响的数值分析

为减小压力脉动对双吸离心泵性能的影响,设计常规双吸叶轮的ES350-585型双吸离心泵进行外特性试验和数值模拟,再将原双吸叶轮两侧叶片交错布置进行数值模拟,交错角度分别为0°,10°,20°,30°.采用Gridpro软件划分结构网格,应用CFX软件对5种方案的双吸离心泵模型进行不同工况下三维非定常数值计算,得到泵内部流场静压分布和压力脉动特性.计算结果表明:采用两侧叶片交错布置的双吸叶轮可以有效降低离心泵内压力脉动;随着交错角度的增大,压力脉动幅值呈递减趋势;当交错角度为30°时,压水室内压力脉动幅值最小,此时压水室内静压分布最均匀.     

Numerical simulation of cavitation turbulence in Francis turbine runner with splitter blades

Cavitation will reduce the turbine performance and even damage the turbine components. To verify the effects of splitter blades on improving the cavitation performance,the cavitation flow inside a Francis turbine runner with splitter blades was numerically simulated by using the Singhal cavitation model and the standard k-εturbulence model. The distributions of static pressure and gas volume fractions on the surface of the runner blades were predicated under different conditions,and the cavitation in the flow field of the runner was analyzed. The results show that the static pressure and gas volume fractions are more uniformly distributed on the short blades than those on the long blades in Francis turbines with splitter blades,and there is almost no cavitation on the short blades; their distributions are more uniform under small flow conditions than those under large flow conditions; and large gas volume fractions are concentrated at the outlet tip near the band on the suction side of the long blade. The installation of splitter blades can improve the cavitation performance of conventional Francis turbines.     

矿用潜水电泵性能正交试验

以煤矿排水用的BQS20—40—5．5型固液两相流潜水电泵为例,选择对泵性能影响较大的3个因素叶片进口冲角、叶片出口安放角和叶片数,对3个因素分别取3个水平,采用L9（3^4）正交表,得到9种试验方案．在计算流体动力学软件Fluent中采用标准k—ε湍流模型和SIMPLE算法,对正交试验中9种方案分别进行单相清水模拟和固液两相流模拟,并对模拟结果进行极差值计算,得到因素与效率指标的直方图．结果表明,叶片出口安放角和叶片数在清水模拟和两相流模拟的最优方案中取值不同,小固体颗粒在叶轮内集中分布于叶片工作面,并沿工作面向外运动,在叶轮出口处以很小的出口角流出,部分颗粒会在叶片出口处与叶片工作面相撞,加剧叶片磨损．因此在设计固液两相流泵叶轮时,叶片出口安放角不易过大．采用两相流理论对BQS20—40—5．5型泵进行优化设计,在设计工况下,泵效率高于国家标准的规定值,叶轮磨损有较大改善,提高了泵运行寿命．