活塞式调节阀水力特性分析

通过数值分析研究了不同开度的稳态工况及启、闭过程的瞬态工况,对活塞式调节阀的水力特性进行了全面分析。求得调节阀的流量系数、流阻系数、汽蚀系数等随开度变化的特性参数曲线,并对比活塞阀芯在启闭过程的动态液动力,以及对阀内流场分布进行综合探讨。活塞式调节阀具有较好的流量线性特性,且只在较小开度下有明显流阻,开度增大后流阻迅速减小而保持较低的过流损失。本次研究工况范围内最小汽蚀系数为40.3,应确保调节阀的允许汽蚀系数小于该值。阀门的流开型结构使阀芯轴向的启闭液动力均作用于开阀方向,且开阀力小于关阀力。另外,对比了不同开度的阀内流速、流线、压力和湍动能等流场分布来对该活塞式调节阀的流动特性进行说明。     

基于CFD的新型三通管结构优化与水力特性分析

三通管在各个行业应用广泛,针对现有三通管局部水头损失系数ζ大,内部流动特性差等问题,研发出一种新型的三通管流道结构,揭示新型三通管的阻力与流动特性和相关结构参数的关系,得到合理新型三通管内部流道设计方案。基于SolidWorks2016、CFD软件对DN32的普通120°等径三通管进行数值计算,验证模拟的可靠性,并且对新型三通管内部流道结构参数进行优化。结果表明:①进口处与两个出口处的ζ_(01),ζ_(02)均随着肥胖系数λ、最大宽度B都是先减小后增大,两者均随λ呈现二次函数的趋势变化,ζ_(01)、ζ_(02)最小时所对应的λ=4.27,B=42.22 mm左右。②分流损失系数比β随B与λ均呈现两端平缓,中间变异的趋势变化。③新型三通管关于对称面速度分布并不是对称的,低速区会偏向于三通管重心左下方,随着雷诺数增大低速区域越来越小,肥胖系数λ在(4.15,4.91]范围之内流线分布较为光顺均匀。     

混流泵内部流动的试验研究

混流泵叶轮内流动性能直接影响整台泵的外部性能.为了探讨混流泵叶轮内部的流动机理,设计了透明蜗壳,加工了1套半开式混流叶轮,建立了混流泵试验系统并利用PIV对其在不同流量工况下叶轮内部的流动性能进行了试验测试.通过对叶轮流道内的时均相对速度分析后发现,在设计流量工况下压力面附近相对速度从进口到出口先减小后增大,吸力面附近的相对速度先增大后逐渐减小.在叶轮出口处沿叶片高度方向的相对速度靠近压力面附近变化不大,靠近吸力面附近从叶根到叶顶逐渐降低,相对流速最小值出现在吸力面叶顶附近.在小流量工况下,流道中部叶高截面至叶顶的区域内会出现回流现象.同时还研究了不对称形状的蜗壳对叶轮内部流动的影响,对叶轮相对蜗壳不同位置流道内的流动进行了测试,发现相对蜗壳不同位置流道内的相对流速的分布趋势基本相同.     

轴流泵内部压力脉动数值预测及分析

基于RANS方程和RNG k-ε模型,采用Ansys-CFX软件对轴流泵泵段进行了多工况三维非定常数值模拟,得到了不同工况下轴流泵内部不同监测点的水流压力脉动值,分析了轴流泵内部不同监测点水流压力脉动的变化趋势,并预测了叶轮进口前由于叶轮转动引起的压力脉动影响范围.通过与实测扬程和效率比较,表明了数值模拟方法的可行性及可靠性.研究结果表明:轴流泵内部压力脉动频率主要受叶轮转动频率控制,较大压力脉动发生在叶轮进口前;叶轮进口处压力脉动从轮毂到轮缘逐渐增大,叶轮出口处压力脉动从轮毂到轮缘先减小后增大,导叶后压力脉动从轮毂到轮缘先增大后减小;小流量工况及大流量工况下压力脉动幅值较最优工况大;受叶轮转动影响,叶轮进口前压力脉动影响至叶轮中心前0.7D左右.     

不同流量工况下斜流泵内部流场PIV试验

为了探索斜流泵的内部流动特性并优化斜流泵设计,基于粒子图像测速技术(PIV)对斜流泵内部流场进行测量,分析了不同相位叶轮截面处的流线和速度分布以及小流量工况下的涡量分布。研究结果表明,在小流量工况下,由于受到叶片压力面旋涡流动和吸力面脱流的影响,叶轮内部的流动呈现径向运动趋势,且流动紊乱;随着流量增大,叶轮流场流线逐渐向轴向方向移动并沿着轮毂轮廓线流动,在大流量工况下叶片压力面附近靠近端壁处形成明显的旋涡结构。0.6倍流量工况下,当叶轮进口进入拍摄断面时,在叶轮内部形成一个顺时针旋转的负涡;当叶轮出口进入拍摄断面时,在导叶进口外缘出现正向涡量集中区域,且随着叶轮的转动该区域向导叶进口方向移动;当叶片出口远离拍摄断面时,在导叶进口处出现负涡量区,揭示了斜流泵叶轮和导叶动静相干过程中能量损失的内在原因。     

电控线性转板式气体流量调节阀结构设计与实验

提出了一种电控线性转板式流量调节阀(阀门通径DN50),阀芯开口采用专门设计的形状以实现开度与流量的线性关系,驱动系统采用减速步进电机以保证阀门开度的精度和重复性。采用面积割补法推导了阀芯曲线方程,设计了特殊的平面旋转密封结构,并采用数值模拟和实验验证相结合的方法进行了验证。理论计算和实验结果均表明设计的阀门线性相关系数大于0.99,不同开度的重复性实验表明,不同开度流量重复性优于0.26%,验证了该结构阀门的性能。     

向心径向导叶内部流场的多工况PIV测量

为了掌握导叶内部的真实流动形态,完善导叶水力设计方法,设计了一个独特的PIV试验台,对向心径向导叶内部流场进行了PIV试验测量.试验泵段取自多级深井离心泵的一级,通过2个高强度水润滑轴承支撑起整个泵轴,借助45°安放的镜面对流场图像进行折射.通过相平均方法获得了不同工况下导叶中截面的速度场分布.结果表明：在设计流量附近,导叶内部流动较为稳定规整;在大流量下,由于导叶进口过流面积有限,液体流动受阻,产生了较大的冲击损失;在小流量下,流道内产生了流动分离和旋涡,旋涡的强度随着流量的减小而逐渐加强,而且涡核的位置也由靠近导叶叶片吸力面逐渐向导叶流道中部移动;导叶进口处产生较大的水力损失,导叶进口安放角对泵性能影响较大;为改善小流量工况下的流场,导叶流道中部的过流面积需要进一步调整.     

基于VOF模型研究相邻叶片交错角对水车性能的影响

为了探究影响3叶片下击式水车性能的因素，利用流体体积（VOF）模型模拟明渠无压流动，基于SST k-ω湍流模型、PISO算法及滑移网格旋转模型对相邻叶片不同交错角度（0°、20°、40°、60°）的水车进行非定常模拟。计算结果表明：当相邻叶片交错角度为0°时，对应的水车高效区最为宽广且最优效率最高，叶轮前后区域压力基本呈对称分布；随着交错角度增加，前后压力分布差异逐渐变大。相同工况下，旋转一周水车转矩的平均值从小到大依次为60°、40°、20°、0°，但不稳定性也依次增大。此外，水车的效率随叶尖速比的增加呈现先增大后减小的趋势；转矩的波动幅度随叶尖速比的减小而降低。     

球阀与T型三通管组合形变件水力特性数值模拟

为探究球阀与DN63三通管组合形变件的水流运动特性的规律，基于Realizable k-ε湍流模型，采用Fluent软件对组合形变件进行数值模拟，分析阀门开度、雷诺数和分流比对组合形变件综合损失系数的影响。结果表明：当流速、分流比一定时，球阀开度对组合形变件的综合损失影响显著，随着开度增大，阀芯内流速梯度减小，阀门前后形成的旋涡面积随之减小，当阀门开度大于70°时，损失系数的变化趋于稳定；组合形变件阻力损失随雷诺数和分流比的增大而减小，当雷诺数大于1.8×10⁵后趋于稳定。综合表明：造成组合形变件综合局部损失最主要的因素是阀门的开口度大小，其次为分流比和雷诺数的变化。     

单座式调节阀阀芯-阀杆系统流固耦合振动研究

针对单座式调节阀阀芯-阀杆系统的流固耦合振动问题,建立了考虑阀门定位器作用的系统动态仿真模型,给出了求解阀芯-阀杆系统响应的预估-校正算法,利用ANSYS软件对系统在固定开度与变开度情况和流开型与流闭型情况下的振动响应进行了定性分析。研究表明:对于固定开度,阀芯稳态位移偏移量以及流体力随压差增加以及开度减小而增大,阀芯动态位移过渡时间随压差增加而缩短,而流开型流向时阀芯位移响应幅度要大于流闭型流向。对于开度减小情况,采用流闭型流向时阀芯动态位移过渡时间更短,且压差越大,阀芯动态位移过渡时间越短,而流开型流向时则相反;对于开度增大情况,阀芯动态位移过渡时间和压差之间的关系与开度减小情况相反。     

冷凝液输送泵用铰接式单向阀流场数值模拟

针对冷凝液温度高、极易汽化,且泵吸入口液位高度差小,单向阀水力损失要求极高的问题,提出了一种新型冷凝液输送泵用铰接式单向阀,阐述了其工作原理.以冷凝液输送泵用吸入口铰接式单向阀为例,建立了其二维物理模型,并按照单向阀实际参数给出了边界条件,利用CFD软件Fluent6.3对单向阀开启过程中阀板开度分别为1°,2°,3°,5°,7°,10°六个工况点的流场状态进行了数值模拟,得到了新型铰接式单向阀开启过程中阀板前后部流场压力云图和速度矢量云图,并进行了不同开度状态下的对比分析.研究表明随着阀板开度的不断增加,流场的最大速度和最小速度也在不断增加,流场的最小压力区间一直出现在阀板下端,并初步总结了铰接式单向阀产生水力损失的主要位置,为铰接式单向阀工程设计计算及内部流道优化提供参考.     

叶片包角对高比转数离心泵性能的影响

为研究设计工况下叶片包角对高比转数离心泵性能的影响,以一台比转数为185的单级单吸离心泵为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数相同的前提下,将叶片包角分别设计为110°,115°,120°,125°和130°. 应用ANSYS CFX 14.5软件对离心泵内流场进行数值计算.结果表明:叶片包角对外特性有显著影响,包角过大,扬程和水力效率整体下降;当叶片包角增大到130°时,最佳效率点向小流量偏移近20%;同时,随着叶片包角的增大,叶轮进口低压区增大,更容易发生汽蚀;叶片包角从110°增大到115°时,蜗壳内流动更加平顺. 当叶片包角增大到125°时,隔舌附近出现明显的低速旋涡区,随着包角进一步增大,旋涡区域扩大且向出口处移动;此外,当叶片包角为120°时,各监测点的压力脉动幅值较低,说明对于动静干涉作用的影响,叶片包角存在一个最优值. 针对叶片包角为120°的模型泵进行了性能试验,对比发现数值计算的结果与试验结果趋势一致,表明数值计算方法是可信的,对高比转数离心泵水力设计具有一定的参考价值.     

运水烟罩内折射式喷头性能参数分析及试验

为了降低油烟对环境的污染,研究了运水烟罩内固定喷头的喷射雾化特性对运水烟罩油烟净化效果的影响.对弧面扇形折射式喷头和折射锥角分别为115°,120°,135°,140°和150°的直面扇形折射式喷头进行试验研究,测量了这6个不同型号的折射式喷头在5种不同工作压力下的流速、射程、喷洒面积、粒径大小以及水量分布等参数的变化情况,分析了雾化性能,探寻各参数之间的关系及变化规律.结果表明：流速、射程、喷洒面积均与工作压力成正比;雨滴粒径大小与工作压力成反比;喷头的最佳工作压力为0.30 MPa;直面折射式喷头比弧面折射式喷头油烟净化效果好;120°折射直面扇形喷头水量分布最均匀,雾化效果最好,喷洒面积最大.     

节水承插式折角弯管水流流动特性研究

对DN50承插弯管进行流动特性试验研究,采用Relizablek-ε湍流模型对其数值模拟,数值模拟结果与试验吻合较好.接着对DN20、DN40、DN63、DN75规格45°、60°、90°折管水流进行了数值模拟,通过可视化分析发现,折角弯管流场在弯曲段下游发生回流现象,下游50 mm横截面处有一对对称、悬向相反的涡旋....     

叶片出口角对化工离心泵性能的影响

为了研究叶片出口角对化工离心泵性能的影响,以一台比转数为180的化工离心泵为研究对象,将叶片出口角从22°依次增大到27°,37°和47°. 应用ANSYS 14.5软件进行数值计算,结果表明:叶片出口角对外特性影响显著,适当增大叶片出口角可以提高扬程及效率,但也不宜过度增大到47°;随着叶片出口角的增大,叶轮进口的低压区域逐渐向叶轮出口方向扩大,压力分布趋于紊乱,且在工作面附近有逆压梯度存在,会聚集不稳定的低压流体;在额定工况下,叶片出口角小于37°时,压力脉动幅值较小,且高频脉动很小;次主频有随叶片出口角的增大向低频处转移的趋势;4个方案叶轮所受径向力都是在额定工况下达到最小,并在小流量下差异性最大;不同工况下叶片出口角为27°的叶轮所受径向力最小,这说明对非定常特性的影响,叶片出口角存在一个最优值.此外,针对叶片出口角为22°的模型进行了性能试验,对比发现数值计算的结果是可信的.     

叶片角度对输水泵站泵装置水力性能影响分析

为研究输水泵站泵装置水力性能受叶片角度变化的影响,采用CFD方法模拟全流道泵装置水力性能,分析设计流量工况下叶片角度变化对进水流道、出水流道流动及叶轮内部流动特性和水力性能的影响.结果表明:在设计流量工况下,叶片角度偏离设计工况角度,叶轮进口近轮毂区存在回流、脱流;叶片角度偏离设计工况角度越大,进水流道、出水流道内水流流态越差,水力损失越大.当叶片角度调节为-8°工况时,与叶片角度-0°工况比较,进水流道和出水流道水力损失相对值最大,分别为1.28和2.89.即叶片同等偏离角度下,出水流道水力损失增大幅度较进水流道更加明显.对比数值模拟结果与模型试验结果得出,在设计流量工况,叶片角度为0°时,扬程相对误差为1.2%,效率相对误差为2.1%,两者吻合较好.     

高含沙水泵站前池扩散角试验与分析

泵站正向进水前池扩散角大小是影响正向进水前池水流流态及池长的主要因素,通过盐环定扬黄工程三泵站水工模型试验,观测正向进流前池不同水沙条件、不同工况下泵站进口流态、流速分布、前池的淤积形态。在前池进口扩散角20°、25°、30°、35°4种工况下,结果表现为:主流带流速值随着扩散角增加而增大;前池两侧淤积厚度大于中部,含沙量越大,前池淤积厚度越大;相同水沙条件、运行相同时间,扩散角越小淤积量越大;泵站前池前池扩散角25°和30°的布置较合理,水流、淤积等综合表现较好。     

混流泵叶片安放角对内涡结构及叶轮-导叶适应性的影响

转叶式混流泵的叶片安放角可以调节,当工况发生改变、叶片安放角调节后,叶轮-导叶的适应性将随之变化,进而影响到混流泵的水力性能.以一叶片安放角可取-4°,0°和4°的转叶式混流泵为研究对象,从涡结构的角度出发,探究叶片安放角改变对叶轮-导叶适应性的影响规律.研究结果表明:随着叶片安放角的增大,叶轮内部涡结构的大小在逐渐增...     

油气混输泵单向球阀启闭瞬态性能试验研究

为了研究变工况来流环境下各参数变化对单向球阀的启闭迟滞性影响,针对3DP-60/3.0型往复式混输泵单向球阀的启闭瞬态过程及往复运动特征,运用UDF动网格技术计算气液单向阀启闭高度-时间函数,重点分析启闭瞬时2种极限情况下入口流体速度、压力及动能损失.揭示了不同入口流量、开启高度、含气率等工况参数对单向球阀内部压力场、气液两相分布的影响规律,并通过试验数据和模拟结果进行对比,验证数值模拟的可靠性.研究结果表明:无论是在纯液相还是低含气率下,随着入口流量的增加,球阀压降增加,而且增加幅度比较均匀.在含气率分别为80%,60%,40%时,开启高度从2~6 mm过程中入口压差逐步减小,呈现递减分布规律;20%至纯液工况(含气率为0)时,开启高度越低入口压差变化越大,体现球阀界面气液逐步分离产生界面压差也更大.含气率从0增加到0.9,球阀压降的降低幅度非常明显,随着含气率的进一步增加,压降不断减小.