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。     

泵自吸过程的数值计算与可视化试验研究

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型及结合滑移网格技术并加载试验所得的叶轮转速变化曲线和出口压力变化曲线对65ZB-40C型外混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行数值模拟,在叶轮进口、蜗壳各断面、气液分离室进口、回流孔上设置监测面,分析各监测面气体体积分数、气液相速度、混合相压力等参数的变化.采用高速摄影技术对自吸泵的叶轮、蜗壳、气液分离室及蜗壳出口段进行自吸过程的拍摄,把得到的图像与模拟结果进行对比.结果表明:自吸泵自吸过程中气液两相流态的微观变化与试验仪器监测到的压力、流量、转速等宏观变化具有一致性;自吸稳定过程占自吸时间的比例最大,对自吸性能的影响最大;气液分离室中心区域的气相空穴有利于蜗壳出口段的移动气泡的形成,有助于泵体内气体稳定地排出;自吸中期是一个动态稳定过程,进出口压力周期性地波动.     

自吸泵自吸过程瞬态流动的数值模拟

为研究自吸泵的瞬态气液两相流动过程,应用VOF多相流模型并结合滑移网格技术,采用标准k-ε湍流模型,以泵的进口速度实测值为边界条件,对型号为65ZB-40C的外混式自吸泵自吸瞬态过程内部流场进行了数值模拟.将叶轮分为8个区域,将蜗壳划分为10个断面并设定监测点,分析自吸过程中自吸泵叶轮各区域、蜗壳各断面监测点及其他关键监测面的压力、体积含气率及速度的变化过程.结果表明:在自吸初期和末期,泵内部多数区域压力和体积含气率存在着一个迅速变化过程,叶轮进口、蜗壳各断面、回流孔及气液分离室进口处的速度在自吸初期存在振荡,表现出明显的瞬态效应.所采用的模拟方法能够对自吸泵自吸过程各参数进行初步预测,研究结果对于自吸泵的自吸过程内部流动特性进一步研究具有一定的参考价值.     

自吸泵气液两相流数值模拟分

采用Mixture多相流模型、Realizable湍流模型与SIMPLEC算法,应用CFD软件Fluent对内混式自吸泵自吸过程的气液两相流进行了数值模拟.通过分析不同含气率条件下流场的压力分布、速度分布、气相分布,探讨了气液两相介质在泵内的运动情况,一定程度上揭示了内混式自吸泵自吸过程的内部流场变化规律,为自吸泵的设计提供更多的参考依据.     

导流器对射流式自吸离心泵自吸性能的影响

在射流式自吸离心泵的叶轮出口处增设新型导流器,该导流器具有两个不对称出口及隔流板,隔流板与叶轮间隙为1.0 mm.基于Fluent软件提供的Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型及SIMPLE算法,对该泵的自吸过程进行了非定常数值模拟,得到了泵内压力、速度和气液两相分布及导流器两个出口的压力、气相体积流率和液相质量流率随时间步长的变化规律.结果表明:导流器内压力沿流体流动方向逐渐增大,并出现较大的变化梯度,叶轮各流道内的压力近似对称分布;导流器两个不对称出口气液混合物的各个流动参数呈规律的周期性变化;导流器上的隔流板与叶轮的间隙在泵自吸过程中不仅能阻止液体环流,减少水力损失,而且使泵加速气液的混合及分离,从而缩短泵的自吸时间.     

喷灌泵自吸过程瞬态水力特性的试验研究

喷灌泵自吸过程是一复杂的气液两相流动过程,自吸过程的瞬态参数与自吸性能的优劣密切相关。在自吸泵外特性试验台基础上,利用NI虚拟仪器、LabVIEW编程平台搭建了泵内部流态特性瞬态数据测试系统,对65ZB-40型喷灌泵自吸过程进行了试验研究,测量了泵在不同安装高度下自吸瞬态过程中关键监测点参数的变化,并建立了瞬时转速、压力、流量、扬程、功率及效率与自吸时间的关系,分析了喷灌泵自吸过程内特性参数的变化趋势,并探讨了泵自吸过程时内特性与外特性之间的联系。结果显示,在六个不同自吸高度条件下,各关键监测点的压力变化趋势基本一致。泵进口及叶轮进口处真空度随自吸泵安装高度增加而增加。回流孔处在自吸初期为负压状态,但末期压力迅速上升至400kpa左右,说明外混式自吸泵回流孔处为气液混合的主要区域。泵出口处压力值在自吸过程中基本上维持在1-2kpa之间,但在自吸即将完成时压力值迅速增至400kpa附近。流量、扬程、轴功率、输出功率及转速也均在自吸即将完成时有一个显著的变化,表现出明显的瞬态效应,在自吸完成后效率达到最高值。试验结果与自吸机理基本吻合。     

液环式航空燃油离心泵自吸性能

基于Mixture模型对液环式航空燃油泵进行自吸阶段的非稳态数值计算,研究自吸过程中燃油泵内气液两相分布的变化过程,对不同时刻下燃油泵内部含气率、气液两相分布、压力及速度流线、熵产率和湍动能变化规律进行分析.结果表明：燃油泵的吸气和排气主要集中在自吸过程的前期和中期;随着自吸时间的增加,各监测面的含气率逐渐降低,当自吸时间为3.00 s时,蜗壳出口含气率接近于0,自吸过程结束;泵内压力随相对距离的增加而增大,泵内同一相对距离平面压力随自吸时间的增加而增大;在气液混合时,高速区域主要集中在叶轮中间流道和蜗壳壁面处,低速区域则集中分布在隔舌附近和导叶出口;随着自吸过程的进行,泵内湍动能和熵产率也随之增大,泵内能量损失增大,主要集中在叶轮叶片、导叶叶片和蜗壳出口处.     

喷嘴直径对离心泵自吸装置性能的影响

介绍了离心泵自吸装置中喷嘴的设计方法,设计了3种不同出口直径的喷嘴.基于FLUENT软件采用欧拉多相流模型模拟了喷嘴和气液混合管内部的气液两相流动,得到了喷嘴和气液混合管中间断面的动压分布和气液混合管4个断面内气相密度分布随喷嘴直径变化的规律.内部流场分析表明,喷嘴直径的增大有利于提高自吸装置的气液混合性能.同时,测试了喷嘴出口直径变化对自吸高度和自吸时间的影响.试验结果表明,随着喷嘴出口直径的增加,自吸装置的自吸高度明显增大,自吸时间显著缩短.     

立式自吸泵前口环几何参数对其自吸性能的影响

为探究立式自吸泵前口环几何参数对其自吸性能的影响,以350WFB-1200-50型外混式无密封立式自吸泵为研究对象,在保证自吸泵其他参数不变的情况下,通过改变前口环间隙δ和前口环长度l的数值大小,共设计20种方案.利用数值计算和试验验证相结合的研究方法,通过定常数值计算得到不同方案外特性曲线图及前口环进出口压差图;通过非定常数值计算得到不同方案不同时刻中间截面气体体积分布云图、不同方案自吸泵出口含气率变化图及不同方案自吸完成时间曲线图来研究立式自吸泵前口环几何参数与其自吸性能的关系.研究发现：前口环间隙δ和前口环长度l对自吸泵自吸性能均有影响,适当减小前口环间隙δ和增大前口环长度l均能提高自吸泵自吸性能,且当前口环间隙δ过大时,其对自吸泵自吸性能的影响大于前口环长度l对自吸泵自吸性能的影响.     

隔舌间隙对自吸离心泵自吸性能的影响

为分析隔舌间隙对泵自吸性能的影响及其原因,进一步掌握泵的自吸机理,对外混式自吸离心泵在不同隔舌间隙时的自吸过程进行了高速摄影试验,通过图像处理技术研究蜗壳扩散段内气泡的数量、大小及运动轨迹,同时测量自吸完成时间。研究结果表明,自吸过程中扩散段靠近气液分离室左侧区域的气泡呈现小而密的特点,右侧区域的气泡呈现大而疏的特点。直径较小的气泡在蜗壳扩散段出口更容易被排出,较大的气泡在扩散段内振荡、回旋,不利于自吸的完成。当隔舌间隙从1.0 mm增加到2.5 mm时,经过隔舌进入扩散段的气泡平均直径从1.2 mm增加到1.9 mm,自吸完成时间从28 s上升到113 s,即隔舌间隙越小,进入蜗壳扩散段的气泡直径越小,这是减小隔舌间隙自吸时间缩短的微观机理。     

Numerical investigation on self-primingprocess of self-priming pump

In order to investigate the self-priming process of self-priming pump, an unsteady simulation was conducted where the Navier-Stokes equations were used with the Lagrangian-Eularian model. In course of this investigation, the volume fractions, pressure distribution and self-priming time were carried out. By analyzing the volume, velocity and pressure distribution of the gas-liquid two-phase flow at different time, the two-phase content via the variation law of the two-phase flow in the pump was carried out. By monitoring and analyzing the gas-liquid flow at the outlet of the pump, the self-priming time and crucial periods were given. Two phenomena were mainly characterized by the self-priming process such as the gas-liquid mixing and separation, which occur in the early stage of self-priming process. During that period the gas-liquid mixing clouds appear on the outer edge of the impeller, and the instantaneous void fraction at the inlet and outlet of the impeller decreases obviously. It was also established from the transient study that the effects of gas have a major influence on the hydraulic performance of the pump at the early stage of operation. To increase the usage of self-priming pump and to also understand the energy conversion of the pump it is very essential to investigate and establish the basic working principle of the self-priming pump.     

自吸泵自吸过程气液两相流动特性

为了研究自吸泵自吸过程内部流动规律,以一台外混式自吸式离心泵为研究对象进行气液两相流动定常数值模拟,分析在不同进口含气率下叶轮和蜗壳气液两相分布以及平均静压分布规律,为自吸泵的优化设计提供依据.研究结果表明:气相最先聚集在靠近叶轮进口的叶片背面和隔舌区域,并随着进口含气率的增大,气相逐渐向叶轮和蜗壳流道内扩散,这不利于...     

旋流自吸泵内部流场数值模拟及PIV试验

为了获得旋流自吸泵的特殊蜗壳结构对于其自吸性能的作用,通过二维PIV测量和三维软件CFX,获得了3个测试工况下旋流自吸泵的内部流场和蜗壳内部的速度场.结果表明,导流壁与叶轮出口在蜗壳内形成的“喷嘴”和“扩压器”形状,分别促进了气-水混合液和气泡流的形成.通过“喷嘴”的液体,其流向涡量、旋转速度和流动均匀性得到提高.液体和叶轮流道1内的气体发生动量交换,气体被压缩并且分散成不同大小的气泡,而液体分散成液滴,形成气-水混合液.通过“扩压器”的气体被进一步压缩,大气泡破裂后形成无数微小气泡,而液滴积聚成液体,形成气泡流.气液分离室内形成2个大小和旋向不同的旋涡,由于离心力作用,气泡流中的气体和液体分离,气体从泵出口管逸出.液体分离回落被凸台阻挡,与凸台的碰撞使液体中夹带的气泡再次分离,而液体流回蜗壳,再次参与上述过程,直到空气从吸入管中排净.     

旋流自吸泵气液两相流数值模拟

采用雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通过商用软件FLUENT,对自吸时旋流自吸泵内气液两相流场作了数值模拟.在对蜗壳流道和叶轮流道进行网格划分时,尺寸扭曲率为0.78.根据模拟结果,将泵内两相流场的静压分布,与单液相时的静压分布作了对比,并比较了叶轮内气相与液相相对速度的分布情况.另外,对含气率的分布情况作了分析.结果表明,自吸时气液两相状态下的静压稍小于单液相状态下的静压;泵内的主要流动是液相通过相间作用夹带气相的流动,液相速度略大于气相速度;靠近泵出口的两个叶道内,有气相的积聚,含气率较高.     

新型离心泵射流式自吸装置及试验

离心泵自吸装置具有较广泛的用途。研究了一种自吸快、对泵外特性影响小的新型射流式自吸装置。该自吸装置能够与普通离心泵直接、快速、方便地组成一体。它的工作原理是在普通自吸罐的基础上集成一套循环射流系统,用来加快离心泵自吸过程中进口气液混合速度和出口气液分离速度,以达到快速排除离心泵吸入段空气的目的。对自吸装置分别做了自吸时间等性能试验。试验结果表明,射流式自吸装置可以显著地缩短自吸时间,自吸时间最短仅为11 s;装置与离心泵连接后对泵的外特性影响较小,在设计点时泵效率仅降低1.83%。     

出水挡板对射流式自吸泵自吸性能的影响

为了提高射流式自吸泵的自吸性能,选取增设出水挡板的UJM75-2型射流式自吸泵为研究对象,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对导流器背面增设出水挡板后的泵腔内气相过流能力的影响规律进行分析,并根据分析结果进一步研究出水挡板对射流式自吸泵性能的影响机理.研究结果表明:出水挡板上方的出水孔与导流器背面筋板位置关系影响混合流体的出流,存在最佳安装位置;液体由出水孔流向泵腔内,会对泵出口产生冲刷作用,使得气液分离不充分,部分液体进入出水管道,阻碍气体排出;出水孔对称中心线与泵出口中心线夹角为90°时,自吸高度可达8.5 m,3 min即可完成自吸;增设出水挡板前后射流式自吸泵的水力性能变化甚微,可保证运行稳定的条件下提高自吸性能.     

立式自吸泵环形喷射孔比面积对其性能的影响

为了研究环形引流喷射对立式自吸泵性能的影响,以350WFB-1200-50型立式自吸泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对不同环形喷射孔比面积下的立式自吸泵进行全流场数值计算.结果表明:环形引流喷射可明显提升叶轮进口压力,能有效改善泵的空化性能;引流流量会使叶轮进口处速度增大,导致泵的必需空化余量NPSHR增大,使泵的空化性能有所恶化;两者的共同作用下,泵的空化性能呈先变好后变差的趋势;随着环形喷射孔比面积k的增大,压水室出口处的泄漏量增大,导致泵的容积损失增大;泄漏流使压水室出口处产生较多旋涡,且射流对叶轮进口流线产生排挤,对主流造成较大影响,使泵的扬程和效率呈下降趋势;当环形喷射孔比面积k=0.25时,泵的汽蚀余量最小,相比于原模型,泵汽蚀余量减小了23%,扬程下降了2.1%,效率下降了2.5%.研究结果可为立式自吸泵优化设计提供一定参考.