基于CFD的蝶板结构改进设计及数值分析

为研究蝶阀阀板结构对阀门气蚀系数和流阻系数及阀门内部流动特性的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流模型,在不同开度(蝶板转角)下对梳齿形和楔形2种结构蝶板的蝶阀进行定常流动的三维数值模拟计算,获得阀门内部流场的速度场和压力场.比较分析阀门在不同工况下流道内部的速度分布、压力分布、速度流线图,得到速度对涡流形成及扩展的影响.结果表明:楔形蝶板的阀门流动更加平稳,在较大开度时流阻系数减小,流体对阀体和流道的冲击降低,蝶阀的流通能力提高;楔形蝶板阀的气蚀系数较梳齿形蝶板阀有所增大,抗气蚀的性能增强.研究结果为分析阀门内部受冲击状况提供了依据,为阀门优化设计提供了一定的借鉴.     

基于CFD的蝶板结构改进设计及数值分析

为研究蝶阀阀板结构对阀门气蚀系数和流阻系数及阀门内部流动特性的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流模型,在不同开度(蝶板转角)下对梳齿形和楔形2种结构蝶板的蝶阀进行定常流动的三维数值模拟计算,获得阀门内部流场的速度场和压力场.比较分析阀门在不同工况下流道内部的速度分布、压力分布、速度流线图,得到速度对涡流形成及扩展的影响.结果表明:楔形蝶板的阀门流动更加平稳,在较大开度时流阻系数减小,流体对阀体和流道的冲击降低,蝶阀的流通能力提高;楔形蝶板阀的气蚀系数较梳齿形蝶板阀有所增大,抗气蚀的性能增强.研究结果为分析阀门内部受冲击状况提供了依据,为阀门优化设计提供了一定的借鉴.     

单级与多级侧流道泵内部流动特性

为了研究前置离心叶轮对侧流道泵性能以及内部流动特性的影响,基于SST-SAS湍流模型,对不同工况下单级以及多级侧流道泵内部流动进行三维非定常数值模拟,研究了单级与多级侧流道泵扬程、侧流道泵叶轮进出口压力、侧流道间的质量交换以及旋涡结构分布特性.结果表明:添加前置离心叶轮后的多级侧流道泵扬程整体有所提升,侧流道叶轮的进口压力提升了20%,叶轮与侧流道之间的质量流量也提升了约20%,多级侧流道泵叶轮内涡团分布与单级泵分布规律基本相同,添加前置离心叶轮对侧流道泵内部流动影响较小.研究结果为后续多级侧流道泵的空化研究以及结构优化提供了参考.     

非等距叶片分布对旋涡自吸泵压力脉动的影响

为了减小旋涡自吸泵压力脉动幅值及泵运行时的噪声,采用非等距叶片的分布方式,设计了3种叶片分布叶轮,分别对旋涡自吸泵进行稳态性能和压力脉动分析.利用RNG k-ε模型求解旋涡自吸泵内部非定常流动和性能,并获得旋涡自吸泵内部径向和轴向间隙处压力脉动数据.数值结果表明:非等距叶片分布会对旋涡自吸泵的性能产生一定的影响.当调制角较小时,其对旋涡自吸泵的性能影响较小;总体上,调制角对自吸泵效率影响不大.与等距叶片相比,非等距叶片的压力分布较小.另外,非等距叶片分布能够有效地减小旋涡自吸泵的压力脉动幅值和改变脉动的主频,同时调制角的变化会影响压力脉动特性,当调制角为5°时,主频幅值下降幅度最大.控制调制角在合适范围内可以获得更好的压力脉动特性.     

超临界锅炉给水泵级间密封间隙流动特性

为研究超临界锅炉给水泵不同间隙下间隙流道的内部流动瞬态特性,建立不同间隙大小的间隙流道模型并对其进行数值模拟,得到间隙流道在轴向和环向上的压力、速度分布以及在进口压力脉动作用下轴向各处的压力变化情况.结果表明:在轴向上,间隙流道内液流的静压和流速具有3个阶段,分别为突降段、上升段和线性下降段,其中间隙越大,其静压越小流速越快;在间隙流道环形截面上静压的分布并不均匀,而在圆周方向上具有一定的周期性,在间隙流道环形截面上的速度的高速区主要出现在靠近内壁旋转面一侧,低速区主要出现在靠近外壁静止面一侧;在进口压力脉动作用下,间隙流道的入口、中部的压力变化频率是一致的,尾部静压主要由出口压力决定,其压力只在一定的值内上下波动.     

不同雷诺数下混流式水轮机密封间隙通道内流动特征分析

针对水轮机密封间隙流道空间尺度相差较大,为实现对间隙流道的整体精确计算,文中采用分步投影法,求解间隙流道内不可压缩的Navier-Stokes方程.为更好地捕捉到间隙通道内的涡结构特征,对梳齿密封间隙采用六面体网格划分,在壁面边界处进行网格加密.扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用Quick迎风差分格式.通过数值求解得到不同流动雷诺数下间隙流道内速度、压力及涡量的分布规律,同时得到顶盖压力、间隙流道产生的轴向推力和转轴力矩.计算结果表明：流体从间隙进入梳齿空腔后,形成典型的旋涡耗能结构而耗散部分动能,对降压节流起到主要作用,同时,雷诺数对腔体内的旋涡形态影响较大.计算结果有助于理解不同流动雷诺数下水轮机密封间隙渗漏流道内复杂流动的真实物理机理以及密封间隙对轴系结构动力学特性的影响.     

七流道球型止回阀的结构设计及性能分析

针对当前止回阀在使用过程中普遍存在的问题和缺点,对管道直径DN≥200 mm管道系统,开发设计了一种七流道球型止回阀,并在止回阀的后阀体设计中采用异型锥形体结构,有效地改善了钢心胶球在球阀全开时的颤抖,减小整个球阀水力损失;优化了球罩的长度尺寸L和关阀路径S,控制突然停泵时止回阀关闭产生的水锤压力大小,减轻对管道系统的破坏.同时利用UG软件建立止回阀的三维模型,采用Fluent软件对七流道球型止回阀的内部流动进行了数值模拟,并在同一水锤试验台上,在相同的测试条件下,对DN=500 mm的七流道球型止回阀和旋启式止回阀进行了水锤和水力损失对比试验.结果表明:在突然停泵时,同口径的七流道球型止回阀与旋启式止回阀相比,阀体前的最大水锤压力只为旋启式止回阀的1/2,其阀门的关阀时间延长了1倍以上,并且,在相同的过流条件下,其水力损失只为旋启式止回阀的10%.     

偏心球阀流场的数值模拟及性能预测

通过结构与非结构网格相结合的有限体积法以及基于各向同性涡粘性理论的κ-ε双方程模式求解,获得了偏心球阀内部流场不同开度下的流场结构图以及与之相关的阀门固有流量特性、汽蚀特性和压力恢复系数等曲线、通过研究发现,Y—Z,X—Z截面上的漩涡运动在偏心球阀相对开度为0．75时同时加强,表现出很强的一致性;当相对开度为0．5时,阀体内部高速区断裂,这与宏观外部性能具有非常密切的联系;随着开度的进一步减小,偏心球阀的X—Y截面上出现了两个新的强度相等、方向相反的对称漩涡,可见偏心球阀的阀体内部在小开度的情况下存在着大尺度的三维流动．     

旋涡自吸泵内部流场压力脉动数值模拟

为研究不同工况下旋涡自吸泵内部瞬态流动特性,利用ANSYS CFX软件并选取雷诺时均N-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型,对包括叶轮、泵体和支架在内的旋涡自吸泵整机内部流场进行了瞬态数值模拟.将定常数值模拟结果与外特性试验进行对比验证,并将其作为瞬态非定常计算的初始值,提取了泵内部流动情况和监测点的压力脉动特性.计算结果表明:与叶轮接触的环形流道内主频为单边叶频,径向方向叶频也存在较明显的峰值;靠近壁面的环形流道内,能量集中在单边叶片通过频率及其倍频处;在隔板间隙处能量值更大,除低频段有明显的波动外,峰值集中在单边叶频及其倍频段,在间隙处的径向上从边缘至中间部位,单边叶频与叶频的能量值呈此消彼长趋势,中间部位叶频为主频;叶轮上的压力脉动转频为主频,峰值分布在转频及其倍频,随倍数的增加能量值依次降低.     

导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能影响

为了研究导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响,基于ANSYS-CFX软件对不同导流板安放角(5°,10°,15°,20°,25°和30°)下倒车水斗进行数值计算,对比分析了导流板安放角对倒车水斗推力性能以及流道内流场分布情况的影响,得出了倒车水斗导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响规律.结果表明:相较于无导流板,安装导流板后倒车水斗壁面压力分布得到很大程度改善,出口流速最大值增加.随着导流板安放角的增加,倒车水斗出口流速最大值呈现先增加后减小的趋势,而其流道各截面的压差呈现先增加后减小、然后再增加的变化趋势;导流板安放角为15°左右时,倒车水斗流道内流场分布较好,同时其推力相对较大,此时喷水推进器倒车水斗性能最佳.因此合适的导流板安放角可以有效避免倒车水斗流道内过高压区与过低压区的出现,并致流动分离现象的发生.     

阀门小开度对突扩管流下游脉动压力特性的影响

为了分析阀门开度对变截面管流下游脉动压力特性的影响,提高管路水流的稳定性和输送效率.进行了不同阀门开度对突变截面圆管下游流动的脉动压力特性试验,以清水为流体,并以不同阀门开度和距突扩距离的长短为变量,测试了突扩管流不同位置的脉动压力幅值.研究结果表明:变截面管流下游流体脉动压力过程曲线具有随机平稳特性,使用阀门调节流速会使各点脉动压力周期变长;阀门会使变截面管流下游产生50 Hz左右的脉动压力,流体脉动压力幅值与阀门开度正相关;随着距突扩距离的增加,流体压力脉动强度先增大后减小;随着阀门开度的增加,脉动压力能量分布频域逐渐变宽,流体流过突扩后的脉动压力恢复长度变长.     

闸阀调节过程的三维模拟及其动态模型

为了研究泵系统调阀过程的瞬态特性和内流机理,在一维分析软件Flowmaster中建立了包含管路、阀门和泵在内的仿真模型,并以三维简化闸阀为模型,采用Fluent 6.2进行计算,对开启过程的非定常内部流动进行数值模拟研究.采用动网格的方法分析了阀门开启过程中阀芯运动引起的流场变形.结果表明:直线特性和对数特性的调节阀都具有快开特性,即流量变化对阀门的相对开度相当敏感,当阀门开度为10%～20%时,水击压力迅速下降;而通过内部流态分析可知,在阀门开度较小的工况下,阀后流场紊乱,造成较大的水力损失,使阻力系数值增加,当阀门开度小于50%时,稳态和瞬态工况下阀门的阻力系数值有较大的区别.由分析可知,研究阀门开启过程的瞬态特性,以及建立内部流态模型,都不能完全按照通常的稳态理论进行,尤其对阀门开度较小的工况,应对其进行一定程度的修正,以保证计算结果的正确性.     

套筒开孔对双层套筒阀流动特性的影响

为了研究内外层套筒小孔孔径对双层套筒阀流量系数和压降流动特征的影响,采用计算流体动力学方法,建立了稳态可压缩过热蒸汽流动的数值模型.对比分析了全开工况下不同内外层套筒开孔孔径组合模型流量系数和压降流动特性的差别.结果表明:内外层套筒不同孔径对于每层套筒的压降有明显影响,内外层套筒开孔孔径等比例放大对每层套筒压降几乎没有影响.只增大外层套筒孔径时,套筒间隙处流体流速不断增大;内外层套筒孔径等比例放大时,套筒间隙处流速变化波动减小.当双层套筒阀需要小幅度提升流量系数时,可以增大外层套筒开孔孔径;当双层套筒阀需要大幅度提升流量系数时,可以对内外层套筒开孔孔径同时等比例增大.研究结果对于套筒阀套筒开孔孔径的设计具有一定的指导意义.     

基于CFD的球阀三维流场数值模拟

为了探索新型转子式油气混输泵出口球阀内流场规律,建立球阀流场的三维模型,利用Fluent软件,将标准k-ε湍流模型与多相流技术相结合,采用SIMPLE算法,对新型转子式油气混输泵出口球阀内的三维气液两相流场进行数值模拟.在容积含气率为25％,50％,75％的不同工况下,通过对球阀开启高度分别为3,5,7 mm时的速度场、压力场与气液相分布的分析,探讨在气液混输过程中阀的开启高度及不同气液比对阀内流场的影响规律.模拟结果表明:球阀开启高度越大,阀球上下压差越小;阀隙流速随着开启高度的增大而减小.在气液混输过程中气相介质主要靠近阀球壁流动,同一开启高度下气液比对阀隙流速的影响较小.研究结果直观展现了球阀内流场形态,在一定程度上揭示了气液两相介质在阀内的流动规律,为新型转子式油气混输泵出口球阀的设计与优化提供理论指导.     

微型自动排气阀的工作机理与排气特性

为研究某微型自动排气阀的工作机理和排气特性,并为性能预测和优化设计提供理论基础,采用CFD计算方法对其内部流动和排气特性进行数值模拟研究并进行试验验证.建立了排气阀完整的CFD分析模型并进行三维流场计算,获得了排气和排油状态下的内部流场结构和相应的截止压力.分析了阀瓣位置、流道尺寸对球体升力和阀门截止压力等参数的影响,比较了CFD计算结果和通用理论公式计算结果.建立了排气阀排气特性的测试装置,对排油和排气工况下的截止压力进行测量.研究结果表明:基于CFD分析的截止压力预测结果与试验结果吻合较好;在油介质条件下,通用理论公式计算结果相对CFD预测结果存在较大误差,在空气介质下,两者吻合较好;阀瓣1/2腔高位置的计算结果较为合适;该类型排气阀在结构等比例放大后可保持截止压力不变;所得计算方法及排气特性分析结果可应用于微型排气阀的设计与优化.     

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.     

泵站双节式拍门合理开启角度分析

为探究双节式拍门的合理开启角度,以江西鹅湖泵站双节式拍门为研究对象,分析在不同流量工况下,不同开启角度的拍门水力损失以及门后水流流态,得出一个较优的双节式拍门开启角度范围.结果表明:在双节式拍门上节门开度达到约46.00°.下节门开度达到约64.00°时,水力损失较小且其大小几乎不随流量增加发生变化,因拍门水力损失导致的效率下降值已减少至3%左右,而且随着开启角度增大,拍门对泵装置性能以及整体工程运行产生的影响在逐渐减弱.经过分析得出,鹅湖泵站双节式拍门上节门的较优开度约为46.00°~53.00°,下节门的较优开度约为64.00°~70.00°,这与该泵站双节式拍门在运行工况下的开启角度吻合,结果可为双节式拍门在泵站的应用提供借鉴.从多角度分析对比得出的双节式拍门合理开启角度的研究方法具有较高的可行性,值得在其他类型拍门合理开启角度研究中推广应用.     

高压往复泵进排液阀故障分析与改进设计

针对某进口大型高压往复式反应器丁烯进料泵在现场使用中出现的一系列问题,对该泵阀升程、阀隙流速、冲击力、弹簧力等影响因素进行了分析研究和计算,指出阀的结构型式的改变是解决原泵阀频繁出现故障问题、延长其使用寿命的根本途径。对高压往复泵进、出液阀采用双环阀的改良设计方法,圆满解决了所出现的故障问题,并在产品上得以应用。     

槽口深度对U型节流阀空化流场的影响

采用数值计算的方法对U型节流阀内部流场进行了研究,分析了不同节流槽深度对节流阀内部油液压力场、速度场及空化区域的影响.研究结果表明:流道内压力较大区域位于上游流道,压力较小区域位于下游流道;U型节流槽是压力及速度突变区,在节流槽出口处出现压力骤降并在节流阀口处形成高速射流;在相同工况下,随着节流槽深度的增加,槽内流量增多,迫使油液急速流过节流口,从而造成射流方向发生改变,且高速射流的角度呈现不断减小的趋势,但是油液最大流速逐渐增大.节流槽出口靠近阀腔壁面处产生空化,且随着槽口深度加深时,节流槽内部压力恢复变慢,空化区域的面积逐渐增大,且径向截面空化较强的区域逐渐向节流槽中心扩展.因此,合理地控制U形节流槽的深度或增加节流槽内部阻力,可以有效地抑制空化发生.