离心泵水力性能数值预测

采用标准κ-ε湍流模型和SIMPLEC 算法,将近年来快速发展的CFD技术应用在不同的工况下,并对离心泵内流场三维不可压湍流的流动进行数值模拟,揭示了泵内部湍流流场的分布规律,对于了解离心泵内部的流动情况、改善内部流动、提高离心泵的效率和改进离心泵的水力设计有一定的参考价值.     

粗糙度对离心泵性能数值预测的影响

概述了考虑粗糙度影响的泵性能数值预测研究的现状.分析了FLUENT中粗糙度常数和粗糙度高度的关系,并计算了粗糙度常数在数值模拟中的影响大小.引入扬程和效率影响因子,以对12台离心泵为研究对象,详细地研究了粗糙度对离心泵性能数值预测结果的影响.分析计算表明FLUENT中的粗糙度常数相当于粗糙度高度的一个修正系数,其对离心泵性能数值预测结果影响较小.考虑粗糙度(20μm)后,离心泵数值性能预测精度略微提高.随着比转速的增大,粗糙度对预测结果影响越来越小.随着粗糙度的增大,其对预测结果影响越来越大.     

湍流模型对离心泵扬程预测准确性的影响

为研究涡黏性类湍流模型和雷诺应力类湍流模型在离心泵扬程预测中的准确性,采用CFX 14.0软件分别对10台不同比转数n_s的离心泵在3个不同流量(0.3Q,1.0Q,1.2Q)下的扬程进行预测,并将模拟值与试验值进行对比.研究结果表明:在0.3Q流量下,低比转数离心泵采用雷诺应力类中的BSL-EARSM模型可以获得更为准确的扬程值;在1.0Q,1.2Q流量下,采用雷诺应力类模型中的BSL-RS模型相对于常用的RNG k-ω和k-ω模型具有更好的准确性.当采用涡黏性类模型对1.0Q流量下的扬程进行预测时,预测值均小于试验值.对于文中研究的比转数大于103的扬程预测,在3个流量下,模拟值均小于试验值.研究结果为离心泵扬程预测的数值模拟方案选择提高提供了参考.     

离心泵叶轮出口盖板形状对水力性能的影响

利用CFD数值模拟和试验两种方法,以Y80—100低比转速离心泵为研究对象,分析了离心泵叶轮出口盖板形状与水力性能的关系,对传统的圆弧形盖板和新型的直边型盖板进行了研究.从理论上分析了直边型盖板对离心泵性能曲线的影响.利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLE算法,对两种水力模型在7种不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果重点分析了小流量工况下两种模型内部流场的动压、静压分布情况,并绘制性能曲线,预测曲线与试验曲线基本一致.研究表明：新型的直边型盖板具有消除性能曲线驼峰,提高泵的流量、扬程的特点.研究成果有较好的实际工程应用价值.     

双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响研究

双吸离心泵具有流量大、扬程高的特点,被广泛应用于农业输水灌溉等工程。双吸泵的蜗壳和叶轮间具有动静干涉作用,两者之间的匹配形式会对水泵的水力性能产生影响。将CFD数值模拟和已有试验数据相结合,通过研究不同比转数的双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响,得出不同比转数下双吸离心泵最优蜗壳面积比规律。研究发现,当蜗壳面积比在原有基础上增加时,其最高效率点向大流量工况偏移,且扬程和效率有下降的趋势,设计工况附近的平均效率降低;当蜗壳面积比减小时,其在一定范围内扬程和效率均出现上升,最高效率点偏向于小流量工况,但是当降低到一定程度时,扬程和效率均会出现急剧的下降,最终通过总结各个比转数双吸泵的最优蜗壳面积比,得到随着比转数的增加,最优蜗壳面积比增加,高效区范围逐渐加宽这一规律。     

叶轮进口边位置对深井离心泵水力性能的影响

针对一典型的150QJ20型深井离心泵,设计了3种进口边位置的叶轮,基于Fluent软件,采用标准k-ε模型、SIMPLEC算法对其进行了全流场数值计算,对不同进口边位置的叶轮出口断面的压力场、湍流场和速度场进行了比较,并结合试验分析了进口边位置对深井离心泵水力性能的影响。结果表明,适当延伸叶轮进口边,增加后流线的长度,可以减小叶轮出口的湍流强度,改善流场分布;可以相对减小叶轮进口直径和叶轮进口的冲击损失,提高深井离心泵的水力性能。     

基于标准k-ε紊流模型的泵站进水管路水力特性研究

[目的]针对黄河下游某提水灌溉泵站进水管路布设不合理引起的水泵进口水流流态恶化、水泵叶片断裂、水泵机组振动及超载运行等问题,对泵站进水管路进行技术改造.[方法]运用三维不可压缩流体的N-S方程和标准k-ε模型对改造前后的进水管路的水力特性进行了数值模拟,分析了 5种流量下进水管路不同断面的流速分布和流线分布、出口(水泵...     

湍流模型对混流泵性能预测的影响

为研究不同湍流模型对混流泵外特性预测的影响,选取了一比转数为465的混流泵模型,基于SIMPLEC算法与非结构化四面体网格,通过选取标准k-ε、RNG k-ε、k-ω、SST k-ω等湍流模型进行了数值计算。预测了扬程系数、效率和轴功率,与试验数据进行了对比,并分析了压力与相对速度分布。研究表明,基于4种湍流模型预测的性能曲线与试验数据的变化趋势基本一致。基于标准k-ε与RNG k-ε模型预测的结果较为接近,而基于k-ω 与SST k-ω模型预测的结果较为接近。对于扬程系数和效率而言,在（0.6~0.9）Qd 下,k-ω与SST k-ω模型预测更为准确,在（0.9~1.3）Qd 下,标准k-ε与RNG k-ε模型预测更为准确。针对本文设计的混流泵模型,在（0.7~0.9）Qd 下选用k-ω模型,在（0.9~1.2）Qd 下选用标准k-ε模型,则可确保性能预测精度在±5%范围内,满足工程计算的要求。     

低比转数离心泵的水力设计及性能预测

运用速度系数法获得叶轮基本几何参数,根据给定的叶轮流道过流断面面积分布规律与叶片包角分布规律调整叶片轴面轮廓形状,并由所建立的短叶片偏移角与Wiesner滑移系数之间的关系确定短叶片位置.基于该方法在相同设计参数(扬程、流量、转速等)条件下设计了4种短叶片参数不同(叶片长度分别为0.75,0.65,0.55和0.45倍长叶片长度)的低比转数离心泵叶轮,并采用RANS控制方程组和RNG k-ε湍流模型对所设计的离心叶轮流道的三维湍流流场进行计算分析,研究了这4种短叶片对沿流道的速度分布、压力分布及离心叶轮整体水力性能的影响.结果表明:添加短叶片能明显提高叶轮扬程,但过长的短叶片会增加冲击损失与摩擦损失;扬程增加量会随短叶片长度的减小而增大;通过选取合适的设计参数并合理地放置短叶片可以改善流态,提高水力性能.     

基于神经网络的离心泵汽蚀性能预测

介绍了离心泵汽蚀性能预测的研究现状,分析了离心泵汽蚀性能预测的主要研究方法．根据设计流量下离心泵汽蚀余量的影响因素,确定人工神经网络的拓扑结构．应用MATLAB的神经网络工具箱,建立单级单吸离心泵汽蚀性能预测的BP神经网络（Back Propagation Neural Network）和RBF神经网络（Radial Basis Function Neural Network）两种人工神经网络模型．用工程实践中得到的57台离心泵几何参数和试验数据作为样本来训练建立好的网络,并用6台离心泵的数据来测试网络．预测值与试验值的相关性分析表明,BP和RBF网络的预测结果均较好,其中BP网络预测模型的平均相对偏差为5．69％,RBF网络预测模型的平均相对偏差为6．32％,可满足工程应用的要求．     

基于数值模拟的多级双吸式离心泵性能预测

以北赵引黄工程谢村站用多级双吸式离心泵为研究对象,基于雷诺时均N—S方程,采用SSTk－ω湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLEC计算,对泵内部流动进行了三维定常全流场湍流数值模拟,得到不同工况下该泵内部流动的速度矢量图等流场信息．在对其内部流动规律进行了定性分析的基础上,预测了泵的性能,并与现场测试结果进行了对比分析．分析结果表明：首级叶轮首级压水室以及次级叶轮次级压水室内流动较均匀;由于过渡流道的结构特点以及流动惯性,流体在首级压水室进入过渡流道时,在流道突然扩大区域形成了旋涡,旋涡区域大小与流量有关;预测扬程值与现场测试扬程吻合较好,预测扬程最大误差为2．7％,而预测的流量－水力效率曲线与现场测试流量一机组效率曲线变化趋势一致．水泵内部流动的数值模拟可为工程中泵设计阶段的性能预测和结构优化提供依据．     

离心泵全流场与非全流场数值计算

为研究不同计算域对离心泵数值计算结果的影响,采用虚拟分块网格划分技术和标准k-ε湍流模型,对5台不同比转数离心泵设计工况下的内部流动进行了三维定常全流场与非全流场数值模拟.基于全流场和非全流场数值计算结果分别进行了性能预测和内流场特征分析,并将性能预测结果与试验结果进行了对比分析.结果表明：不同计算域对数值计算结果影响显著;全流场数值模拟性能预测精度高于非全流场数值模拟,扬程预测精度平均高1.54%,效率预测精度平均高1.67%;流场分析发现两种计算方法得到叶轮内的静压分布基本一致,而蜗壳内静压分布存在着明显差异;全流场数值计算得到的叶轮与蜗壳的间隙速度分布呈现层状分布,而非全流场数值计算得到的结果呈三角形分布;由于全流场计算区域考虑叶轮进口口环、前后盖板间隙流的影响,其数值计算得到的蜗壳断面内二次流分布并不完全对称.     

基于FLUENT的无过载离心泵改型及性能预测

探讨了降低离心泵轴功率,避免配套电机过载的方法和措施;提出了采用堵塞部分流道的方法,来降低离心泵的轴功率.在利用商业软件FLUENT对离心泵进行性能预测的基础上,对IS50-32-160型离心泵的叶轮流道进行了两次堵塞尝试.第2次流道堵塞尝试,在堵塞了1/4左右的平面流道,两叶片间流道有效部分的出口和进口面积比改为1.16后,最大轴功率较堵塞流道前降低了10.4%,并呈现出无过载特性.两次堵塞对比的结果表明,采用正确的堵塞流道方法可以降低离心泵的轴功率,提高离心泵的效率;正确的堵塞流道方法应该考虑流道堵塞率以及两叶片间流道有效部分的出口和进口面积比.     

低比转数离心泵内部流动特性和外特性试验

为研究分流叶片对低比转数离心泵内部流动和性能的影响,在原型泵叶轮(具有4长4短叶片)基础上,设计了8长叶片的叶轮模型.基于雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对各模型泵内的流场进行三维定常数值模拟计算,得到了泵内部流动特性.同时对原型泵进行外特性试验,并将计算结果与试验结果进行对比验证.数值计算结果表明:离心泵蜗壳内的周向速度大于径向速度,流体呈周向流动;径向速度随着周向角度的增大缓缓变大;8长叶片的叶轮相对于4长4短叶片叶轮在设计流量工况下具有更高的扬程和效率,8长叶片的叶轮比4长4短叶轮具有更好的水力性能;8长叶轮的叶片进口处具有更大的相对低压区;叶轮内部都存在旋涡,相对于4长4短叶片的叶轮,8长叶片的叶轮具有更大的涡.试验结果验证了数值计算的正确性.     

离心泵用赫姆霍兹水消声器声学特性数值模拟

为了降低离心泵沿管路传播的辐射噪声,基于有限元理论,运用AnsysCFX软件对不同工况下离心泵出口压力脉动进行计算．研究了离心泵出口压力脉动特性,运用声学软件Sysnoise对内置和外置连接管、不同连接管长度、并联连接管、串联和并联共振腔以及改变串联和并联共振腔内连接管长度的赫姆霍兹水消声器的声学特性分别进行仿真,并分析其影响规律．仿真结果表明：连接管长度、连接管连接方式能有规律地改变赫姆霍兹水消声器的共振频率和传递损失;串联和并联共振腔可以同时出现多个共振频率,但串联共振腔产生的共振频率向其各自单腔的共振频率的两端移动,传递损失有所下降,且各腔内共振频率相互影响;并联共振腔产生的共振频率向其各自单腔的共振频率的内部移动,同时传递损失大幅增大,各腔内传递损失互不干扰．     

离心泵滑移系数精度的比较

滑移系数是计算离心泵理论扬程的关键．分析了滑移系数的定义、本质及国内外滑移系数的研究状况．通过对大量优秀离心泵效率的计算，以试验效率为标准比较了目前离心泵常用的斯托道拉、威斯奈和斯基克饮等滑移系数计算公式的精度．计算结果表明，与试验效率相比，离心泵在比转数小于65时威斯奈公式的计算结果更为精确；比转数大于65时斯基克饮公式的计算更为准确。     

基于FLUENT的单-双涡室离心泵径向力分析

以某电厂3715L型脱硫泵为模型,应用商业软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对单-双涡室离心泵内部流场进行模拟,分析了这两种泵静压力和速度场的分布规律,并对径向力进行了计算分析.通过对比分析发现,单涡室离心泵在非设计工况点时隔舌两侧区域出现较大压差,作用于叶轮产生径向力,小流量时叶轮出口出现不对称的高速流体;双涡室结构能够有效地改善非设计工况点时压水室能量的转化,小流量时叶轮出口的高速液体呈对称分布,从而降低了压水室压差,起到了平衡径向力的作用;通过计算发现,偏离工况点时双涡室结构设计能有效地减小径向力.数值模拟的结果与现有理论的基本吻合,实际运行情况稳定,可以为更好地认识和设计双涡室离心泵提供依据.     

带导叶离心泵内部旋转失速研究进展

带导叶离心泵的旋转失速现象严重制约了产品的安全性和稳定性.旋转失速随其传播方向不同主要分为正向旋转失速和反向旋转失速.研究表明,带导叶离心泵在小流量工况下易在叶轮进口处发生正向旋转失速,在近设计流量工况时则易在导叶流道内发生反向旋转失速,这2种失速都对泵的性能曲线产生较为明显的影响.目前国内外对带导叶离心泵的旋转失速的主要研究方法是CFD分析、PIV技术及压力脉动试验相结合,通过对泵内部流动结构变化和压力波动的频域及时频域分析以获得旋转失速的主要特征,包括失速频率、失速核的个数及传播速度等.但是失速团是怎样发生、发展的等问题都没有得到很好地解答,针对这些问题,还需要进一步试验和理论研究.