水泵启动时间对灌溉水力旋流器性能的影响

为解决在水泵启动阶段圆锥型水力旋流器过滤性能较差的问题,利用变频控制技术,以DN50圆锥型灌溉用水力旋流器为研究对象,对含沙质量分数分别为0.451%,0.266%和0.124%的3种水沙混合液分别进行了5,15,30,60和90 s 的5种启动时间,15,30,90和120 s 的4种启动时间以及15,30,60和90 s的 4种启动时间的水沙分离性能试验研究.试验结果表明：水泵启动时间越短,大粒径颗粒的分离效果变差,而启动时间越长,小粒径颗粒的分离效果变差;启动过程中水力旋流器的总分离效率及分级性能随时间均呈现先差后好最后趋于稳定的规律;在相同启动时间的同一时刻下,分级性能随颗粒粒径的增大呈现有规律的波动性变化,0.2 mm以上粒径级沙粒的分离效果最好.结合总分离效率规律,推荐DN50圆锥型水力旋流器在工作流量为15 m3/h时的水泵最佳启动时间为30 s.     

基于CFD-DEM耦合的水力旋流器水沙运动三维数值模拟

针对水力旋流器内流场运动复杂、沙粒运动规律难以掌握的问题,运用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日液固多相湍流模型,对水力旋流器内的水沙两相三维流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟研究,分析了水力旋流器内单个沙粒的轨迹线、速度和沙粒群的运动规律、分布特性等。模拟结果表明,沙粒粒径越小,沙粒向下运行的距离越短,越容易从下降流中进入到上升流中,越难以分离。粒径为40μm的沙粒,在圆柱体与圆锥体交界面处出现沙粒峰值,分离效果易受影响,而50μm和60μm沙粒在圆锥体部分出现峰值,具有较好的分离效果。通过跟踪单个沙粒和沙粒群的运动可知,沙粒在圆柱体内主要作圆周运动,进入到圆锥体部分,沙粒既有圆周运动,又有明显的进入沉沙口的直线运动。分析大量沙粒个体和群体运动以及群体分布情况能从微观角度了解水力旋流器的分离效率,是水力旋流器性能研究的有效手段。     

黄河水泥沙分离用水力旋流器的溢流颗粒中位径分析

应用水力旋流器进行黄河水泥沙分离时,溢流口悬浮液的颗粒粒度分布和平均粒径的大小是评价水力旋流器分离性能的重要指标.在模拟黄河水泥沙分离试验中,通过改变旋流器某些结构和操作参数,进行正交对比试验,然后对不同试验条件下溢流的颗粒进行中位径分析,定性地总结出旋流器的某些结构和操作参数对分离性能的影响规律.结果表明,当进料口悬浮液中位径为3.5 μm时,进口压力高于0.06 MPa,分离产品的中位径才明显减小.进口压力从0.06 MPa升至0.07 MPa时,分离产品的中位径下降了65.6%.当进口压力大于0.07 MPa时,分离产品的中位径变化不明显.当进料口悬浮液中位径等于3 μm,进口压力为0.05 MPa时,底流口直径从14 mm升至16 mm,分离产品的中位径下降了68.4%.     

圆中环沉沙排沙过滤池沉沙冲沙特性试验研究

介绍一种新型水沙分离装置圆中环沉沙排沙过滤池的初步研究成果。圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的低耗水率、处理泥沙范围广泛的水沙分离装置。通过物理模型试验,模拟了在流量1m3/s,输沙率1.43g/s工况下的运行效果。实验结果表明,装置运行约43小时达到必须泄空排沙的极限状态,冲沙耗水率约为1.9%;冲沙道平均流速为0.51-2.75m/s,池内永久淤积沙质量约占总沉积质量的2%。同时分析了影响冲沙效率的主要因素,为装置的推广应用提供了理论依据和经验。     

含砂量及进口速度对水力旋流器分离性能的影响

为了研究水力旋流器的分离性能,利用Fluent软件对水力旋流器(Ф450mm)进行数值模拟。结果表明,该型水力旋流器进出口压力损失随着含砂量和进口速度的增加而增加;分离效率随着含砂量和进口速度的增加而增加,但此型分离器对含砂量小于1.0%的工质分离效率过低;此型分离器适用于进口速度和含砂量都较大的工况。     

圆中环沉沙排沙过滤池数值模拟研究

圆中环沉沙排沙过滤池是一种新型的浑水沉沙、排沙、过滤装置,为水沙分离提供了另一种新的思路。通过新疆呼图壁城镇工业供水工程圆中环沉沙排沙过滤池的局部断面数值模拟试验,初步了解了其下部沉沙池流场分布情况。入水口区域附近存在顺时针方向的漩涡区,且能量较大,对局部范围处的流态影响较大。出水口处即过滤槽进水口处流速较大,符合实际规律。充分验证了在选取过滤料粒径范围时,考虑大粒径压重的必要性。通过FLUENT计算得到了沉沙池内的清水流速矢量图和流速等值线图等水力参数。进一步说明了沉沙池数值模拟的可行性,对类似的工程设计、施工及运行管理有一定的参考价值。     

黄河水泥沙分离用水力旋流器分离效率的研究

在模拟黄河水泥沙分离试验装置上，改变底流口直径、进口压力、进口物料浓度以及进口物料颗粒粒度分布等参数，进行了正交对比试验．通过对不同试验条件下的溢流口悬浮液进行粒级效率分析，定性地总结出旋流器的某些结构和操作参数对分离效率的影响规律．研究结果表明，水力旋流器的分离效率与进料口颗粒分布有关；在进料口悬浮液固相颗粒粒级分布相同的情况下，进料口压力和底流口直径的变化同样对分离效率产生影响．     

后掠式双叶片污水泵固液两相流动规律的数值模拟

基于Particle模型,采用SIMPLEC算法、多重参考坐标系法对后掠式双叶片污水泵固液两相流场进行数值模拟.液相采用标准k-ε双方程湍流模型,固体颗粒采用离散相零方程模型,分析了固相颗粒体积浓度分别为5%,10%,15%,20%,颗粒粒径分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mm时,固相颗粒在泵内的分布情况及其滑移速度的大小,从而进一步研究泵内过流部件的磨损情况,并探讨了颗粒浓度及大小对泵水力性能的影响规律.结果表明,颗粒直径一定时,随固相体积浓度的增大,颗粒运动轨迹偏向叶片吸力面;叶片压力面及吸力面尾部的后盖板处固体颗粒滑移速度增加明显,该处壁面产生磨损,因此设计时后盖板处应加厚;固体颗粒的粒径及固相体积浓度对泵水力外特性有着不同程度的影响,粒径增加,泵扬程、效率均下降;固相体积浓度增加,泵扬程增加、效率下降.样机试验表明:额定工况下效率为80%,扬程为11 m,设计合理,达到国内污水泵设计的领先水平.     

基于动态边界的90°弯管壁面渐进磨损特性

固定边界磨损预测方法只能得到磨损初始边界状态下的磨损特性,无法获得壁面破坏后的流场动力学响应.由此,基于计算流体力学提出动态边界的水力机械过流壁面渐进磨损数值预测方法,通过研究90°弯管在不同磨损时刻的磨损表面形貌,流场特性、磨损特性和颗粒冲击特性,揭示由于过流壁面磨损形貌演变引起的多相流特性和磨损演变机理.研究结果表明：在来流速度6.3 m/s、颗粒体积分数为0.35%的90°弯管中,磨损主要集中在末端(50°～90°)内壁附近,且在20 000 h以后,外侧内壁的平均磨损率与内侧之比增大到2倍附近;颗粒冲击速度呈现先增加后减小的规律,最大变化量为0.81 m/s,而颗粒冲击角度呈现近乎线性增加,平均最大增幅为1.13°;此外,磨损坑内颗粒冲击速度减小,磨损坑边缘冲击速度增加,说明随着磨损时间的增加磨损范围会进一步扩大,研究结果为弯管的磨损防护提供了一定的参考.     

竖井贯流泵装置水力特性的数模分析

为了探讨水泵与进出水流道水力耦合所诱发的水泵装置水力特性畸变,选择了典型竖井贯流泵装置作为研究对象,采用雷诺时均的纳维-斯托克斯方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,首先数值模拟整体水泵装置的能量特性,并与模型试验结果进行比较。计算结果表明,在水泵装置运行净扬程0~1.22 m范围内,相同净扬程下的流量相对偏差小于3.53%,验证了三维建模、网格剖分和数值模拟方法的合理性。在此基础上,数模研究了不同工况下水泵与进出流道水力耦合与非耦合时的竖井贯流泵装置水力特性。研究结果表明:(1)耦合与非耦合时的进、出水流道水力损失变化规律差异显著;(2)小流量工况,水泵进口存在较大的速度环量诱导进水流道水流旋转,导致进水流道水力损失曲线畸变,水泵进口入流条件变差,并与水泵马鞍区显著关联,但大流量工况时耦合与非耦合特性差异较小;(3)水泵出口存在速度环量,导致出水流道水力损失曲线畸变,出水流道内存在螺旋流动,但随流量增大而减弱,水泵出口断面涡角随流量增大而增大。     

高含沙量黄河水滴灌泥沙分离系统研究

针对高含沙量黄河水不易用于滴灌的问题,应用旋流分离技术结合网式过滤技术对黄河水泥沙进行分离。根据黄河水的特征,利用Rietema公式进行理论计算,选取合适的旋流分离器。采用基于颗粒动力学理论的混合多相流模型与有限体积法对高浓度水沙空气三相三维流动进行模拟研究,分析内部流场,改进旋流器结构。实际应用结果表明：改进后旋流分离器与网式过滤器组成的多级泥沙分离系统能有效分离高含沙黄河水,而且耐用性强、易于维护,为滴灌系统稳定有效的工作提供保障。     

混流泵瞬态启动性能及空化流场可视化试验

为解决泵喷系统以及潜艇武器大型化和稳定化发展中的混流泵瞬态启动特性和诱导空化问题,结合混流泵外特性试验和高速摄影可视化技术,研究泵瞬态启动性能和空化流场特性.结果表明:在无空化启动时,启动时间和启动流量不影响混流泵的稳态性能,泵流量、转速和扬程同时刻达到稳态峰值,具有较好的同步性,泵扬程在启动初期具有明显的滞后性,设计流量下,启动扬程滞后时间约为启动时间的50%;在空化启动条件下,混流泵叶顶间隙最先出现空化,随着启动时间的增加,空泡云发展出“长条状”形状,随着进口压力的降低或进口流量的增大,空泡云逐渐呈现出“三角状”,最终发展到堵塞流道.通过高速摄影试验捕捉不同启动条件下混流泵流道内的空化形态演变,发现缩短启动时间、减小启动流量、增加泵进口启动压力是抑制启动空化发生的有效途径.     

马铃薯淀粉分离用旋流管的性能研究

阐述了旋流管内流体运动的规律，分析了马铃薯淀粉旋流分离的内在机理及特点，通过单级试验，具体分析了旋流管的压降、底流直径和进料浓度对处理量、底流分离和淀粉分离效率的影响，为系统研究提供了依据。     

马铃薯淀粉全旋流分离系统的模拟计算

以典型的多级旋流器系统物料衡算为例，介绍了实现全旋流分离系统工作性能预测的原理和方法。进而为系统的工作性能预测以及优化设计提供了可靠的方法和依据，对实践有指导意义。     

启动加速度对核主泵叶轮内部流动的影响

针对研究不同启动加速度对核主泵启动过渡过程中叶轮内部流动的影响,以3组不同启动加速度瞬态外特性试验性能参数为依据,获得流量与时间和转速与时间的外特性曲线,将获得外特性曲线作为边界条件,代入CFX中进行数值模拟,分析启动过程中外特性曲线及叶轮流道内流线图和压力梯度云图.结果表明:启动加速度与核主泵启动时间有直接关系,但是与流量和转速到达稳定值之间的时间差无关;启动加速度对叶轮内部流动稳定性和压力变化幅度有较大的影响,在启动过渡过程中,较大启动加速度对应叶轮内部流动极不稳定,产生一定强度和面积的旋涡区且压力变化幅度有较大波动,而较小启动加速度对应叶轮内部流动稳定,压力变化幅度均匀.该结果在启动过渡过程中对控制核主泵的不稳定性有重要的价值.     

马铃薯淀粉全旋流分离系统计算机模拟

在对现有分离系统分析的基础上，根据近几年的生产实践及在实验台上测量的数据，利用数学应用软件Matlab中的SIMULATE功能模拟实际生产过程。通过对全旋流分离马铃薯淀粉过程的计算机模拟，可以在已知进料流量、淀粉浓度、进水量以及各级配置的情况下得出各级的分离情况以及整个系统分离状况，以达到预测的目的；可以指导全旋流分离系统的优化设计并为调试安装节省大量的人力和物力。     

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。     

轻质分散相单锥水力旋流器的分离性能预测

给出了轻质分散相单锥水力旋流器的分离效率的计算方法。该方法不需要用实验数据拟合待定系数在流量、分流比及物性参数变化时，计算结果均能与Thew的实验数据很好地吻合。在此基础上，对水力旋流器的分离性能进行了预测。