浆体流量对矿浆泵空化特性的影响

为分析浆体流量对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,建立了两级矿浆泵三维流场模型.基于欧拉多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RNG k-ε湍流模型,利用计算流体力学理论和Fluent软件对矿浆泵进行数值计算.设置矿石颗粒直径d为20 mm,浆体中颗粒体积分数C_V为8%,矿浆泵转速n为1 450 r/min,在该工况下研究矿浆泵输送不同浆体流量时泵的空化特性,比较不同空化特性下矿浆泵内压力分布、气相分布及工作性能的不同,并进行试验对比验证,为矿浆泵空化特性提供理论依据.研究结果表明:深海采矿矿浆泵首级叶轮前端呈现明显的低压区,且该低压区域的面积随着流量的增大而减小;气相体积分数分布区域与低压区呈现类似的规律;空化发生区域出现了速度旋涡现象,增大了流场的不稳定性;随着流量的增加,空化余量增大,空化现象不明显,对矿浆泵扬程的影响也越小.     

太阳能喷灌系统供给能源与水力性能关系

为了解决太阳能喷灌系统应用中无法对喷头水力性能进行有效预测的问题,以光照强度为影响因素,太阳能喷灌系统泵出口流量、泵出口压力、喷洒射程、水量分布及系统灌溉均匀性系数为评价指标,通过在夏季典型天气25~36℃下的系统水力性能试验,寻找不同光照强度下系统喷洒水力性能的变化规律,获得系统最佳工作状态下所需光照强度.试验结果表明:随着光照强度的增大,系统流量及泵出口压力均增大,泵的流量和压力随光照强度的变化规律基本符合指数分布规律.当光照强度大于900.0 W/m²时,系统流量、泵出口压力、射程及水量分布基本保持不变.获得了平均光照强度与均匀性系数函数关系,当光照强度大于900.0 W/m²时,系统喷灌均匀系数大于88%.当光照强度为200.0~600.0 W/m²时,系统喷灌均匀系数为76%~82%.太阳能喷灌系统在光照强度大于200.0 W/m²时可正常工作.该研究为改善太阳能喷灌系统水力性能,促进太阳能喷灌系统在实际工程中的推广应用提供了参考.     

河套灌区下游排水暗管外包料筛选试验研究

【目的】筛选适合河套灌区下游的排水暗管外包料。【方法】利用自制水力渗透仪,选取68 g/m²和90 g/m²土工布与5种不同粒径(0.3、0.7、1.0、1.5、3.0 mm)的砂滤料组合,开展室内渗透试验,研究单一土工布和土工布与不同粒径砂滤料组合外包料的渗透性、保土性及防淤堵性。【结果】68 g/m²土工布的系统渗透系数高于90 g/m²土工布,外包料稳定后的渗透系数平均高出系统整体渗透系数稳定值4.5倍,不同水力梯度下,各处理的系统渗透系数稳定值变化范围较小,具有良好的透水和稳定性;68g/m²土工布加设0.8～1.0mm粒径砂滤料的处理对外包料的渗透系数提升效果显著,各处理的土壤流失量平均仅为0.5 g,均满足保土要求;90 g/m²土工布的淤堵量与淤堵率显著高于68 g/m²土工布,68 g/m²土工布更能有效防治外包料的淤堵;淤堵率随砂滤料粒径的增大呈高-低-高的变化规律,其中68 g/m^2...     

立式轴流泵装置模型水力性能数值分析及预测

依托南水北调东线一期工程某低扬程泵站的设计参数,基于三维湍流流动雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对由肘形进水流道、轴流泵和虹吸式出水流道组成的低扬程立式轴流泵装置模型内部流动进行数值模拟,分析了小流量工况(0.180 m³/s)、设计流量工况(0.299 m³/s)和大流量工况(0.360 m³/s)等3个典型工况时的泵装置流态和叶轮叶片表面的压力分布情况,对泵装置模型的能量性能进行预测,并与泵装置模型试验结果进行对比分析.结果表明:泵装置效率的数值计算结果与模型试验结果基本一致,最优工况点附近较为接近,在计算范围内最大差值不超过2%;设计流量工况时泵装置进、出水流道内的三维湍流流动状况,与进、出水流道分别进行数值计算时的状况基本一致;3种不同典型工况时泵装置进水流道内的流场分布状况相同,而出水流道内的流场差别很大.对不同工况时立式轴流泵装置模型内部三维湍流流动的研究结果,可为低扬程泵装置多工况水力设计优化研究提供一定的参考.     

筒装料管道水力输送动边界流压力特性

为深入探讨筒装料管道水力输送过程中同种型号双车运行时所产生的动边界条件下有压管道内部断面压力分布以及压降特性问题,对型号100 mm×60 mm、荷载750 g的管道双车在30,40,50,60,70 m³/h等不同流量作用下两车车身环隙断面、车间断面的压力分布以及车组沿程压降特性进行试验研究和分析,两车运行时车间距离条件为10 cm.研究表明:当流量增大时各测试断面压力值增大;双车车体沿程压力呈现先减小后增大的趋势;沿水流方向,后车引起的压降值明显高于前车;后车环隙断面内,自固定边壁向动边界压力值呈现“降-升-降”趋势,前车环隙内则为总体下降趋势,且后车环隙压力梯度高于前车;不同流量条件下,车间断面内压力分布基本为管道边壁附近值较大,内部值较小,且分布不均匀,压力梯度随流量增大而增大.     

射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律

为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m³/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m³/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m³/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m³/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.     

滴灌灌水器侧壁斜度和外形曲率对其性能的影响

基于计算流体动力学(CFD)研究了内镶式灌水器流道的流场,分析了流道侧壁斜度对其水力性能的影响,发现灌水器具有2°~4°的流道侧壁斜度能够减小其流态指数。采用离散相模型(DPM),对比了颗粒在圆弧形灌水器和平板型灌水器流道内浓度分布,并从流道截面流场速度分布、中面流场垂直速度分量分布和颗粒运动轨迹3个方面分析了颗粒浓度分布差异的原因,认为圆弧形灌水器流道中颗粒运动复杂,更易造成堵塞,其外形设计劣于平板型灌水器。采用四板式可视化平面模型装置,通过水力性能实验测量了不同工作压力下出口的流量,获得的实验结果和模拟结果相差仅有5%,并通过可视化实验获得了流场局部矢量图,验证了模拟所得灌水器流场分布的结果。     

基于叶片包角和出口安放角对叶轮的改进设计

基于计算流体力学方法,对KQW250-400型离心泵全流场进行数值模拟.基于叶片设计理论,对叶轮进行改进设计,通过改变叶片包角Φ和叶片出口安放角β₂建立5个不同的叶轮模型,并数值计算获得5个模型泵相应的外特性曲线和内部流场分布,对比分析可知:叶片包角Φ=126°与叶片出口安放角β₂=24°的叶轮最优;设计流量为550 m³/h时,扬程计算值为53.49 m,效率计算值为87.66%.原始离心泵和带改进叶轮的离心泵外特性试验测试结果表明:当流量Q=551.381 m³/h时,测得原始扬程为49.10 m,效率为79.88%;流量Q=550.823 m³/h时,测得带改进叶轮的扬程为51.84 m,效率为85.65%.改进后设计工况点扬程提高了2.74 m,效率提高了5.77%,且改进后的离心泵效率整体高于改进前,离心泵的整体性能得到了提升.研究结果有利于提高建筑物用泵的经济效益,从而降低能耗.     

旋转圆盘表面固液两相流动数值模拟及试验研究

基于DPM离散颗粒模型,研究了旋转圆盘表面在固液两相流作用下冲蚀磨损行为,重点分析了颗粒体积分数、颗粒直径、颗粒进口速度等因素对旋转圆盘表面磨损的影响.结果表明,在旋转圆盘表面,磨损量随着半径的增大而增大,磨损量会随着时间而累积增加;当颗粒体积分数由2%增加到5%,圆盘的磨损量逐渐增加,最大磨损量由5.8×10^-7 kg/m²增加到1.3×10^-6 kg/m²,平均磨损量由7.5×10^-8 kg/m²增加到1.7×10^-7 kg/m²;随着颗粒直径的减小,相同体积分数下颗粒数目越多,圆盘的最大磨损量和平均磨损量都逐渐增加,圆盘表面磨损加剧.随着颗粒进口速度的增大,圆盘的最大磨损量和平均磨损量都少量增加.同时经圆盘试验验证,在旋转圆盘表面,随着半径的增大,3种不同材料的试件磨损量都增加,结果与数值模拟相吻合.且磨损形貌由2个磨损区域发展到3个,不同磨损区域的交界线呈抛物线状.     

开式离心纸浆泵叶轮流道内部流场PIV试验研究

为研究开式纸浆泵叶轮流道内纤维颗粒对液相流场的影响,采用透明有机玻璃材料制造模型样机,以清水和0.1%质量浓度的头发纤维悬浮液为介质,通过PIV试验对叶轮流道内的流动进行可视化研究.试验结果表明:当输送清水介质时,在大流量工况下叶轮流道内流动稳定,未出现旋涡和低速区;在小流量工况下,当叶轮流道旋转到蜗壳隔舌附近位置时,在叶轮流道中段压力面附近开始产生低速区,且低速区随着叶轮流道靠近隔舌位置和流量减小逐渐增大,在远离隔舌位置的叶轮流道内未产生明显的低速区;受叶片扭曲的影响,在叶轮流道内垂直于泵轴的不同截面上的相对速度大小不同,且随着叶片扭曲程度减小,相对速度差减小;输送头发纤维悬浮液介质时,在纤维颗粒的影响下,叶轮流道内的液相流动相对速度降低,导致在小流量工况下叶轮流道中段压力面附近低速区面积增大;在大流量工况下,纤维颗粒存在使液相流动的相对速度大小分布更均匀.     

透平工况动静叶栅内固液两相流动压力脉动特性

为了研究泵作透平过流含沙水时动静叶栅内非定常流动所引起的压力脉动特性情况,以径向导叶式离心泵反转作液力透平为研究对象,对全流道进行结构化六面体网格划分,采用大涡模拟(large eddy simulation, LES)与Mixture多相流模型相结合的方法进行了三维非定常数值计算.分别对清水介质和固液两相介质3个流量工况下的压力脉动进行了监测.结果表明:清水介质和固液两相介质下,动静叶栅交界面处监测点P_{3和导叶内监测点P6由于受到叶轮内压力梯度的交替变化影响,时域脉动周期性明显,且与叶片通过周期一致.小流量工况下,颗粒的存在减少了尾水管回流,使得压力脉动较清水介质更稳定,大流量工况下,颗粒的存在加剧流场紊乱.压力脉动频域分布结果显示,不同工况的主频均为叶片通过频率,谐频为叶频的倍数,其幅值呈指数形式衰减.在小流量工况下,叶轮内部涡流诱导了明显的二次谐波,流体介质中的颗粒使得此处的高频压力脉动得到了增强.大流量工况下,流体介质中的颗粒使得此处的高频压力脉动得到了削弱.}     

基于弱可压缩模型的抽蓄电站引水系统数值模拟

通过建立全三维的弱可压缩流体模型,利用求解非定常三维N-S方程的方法,在阀门出口边界加入流量随时间变化的程序,以模拟抽水蓄能电站的甩负荷工况,并对不同水体模型下的情况进行模拟,得到了引水管道内各测量断面压力与流量、调压井内水位随时间的变化规律,以及管道出口处压力、管道内部水流流态的变化规律,并参照试验数据与不可压缩流体模型及一维特征线方法进行对比.结果表明:在考虑流体可压缩性的情况下,弱可压缩模型结果较不可压缩模型更接近试验数据,提高约0.16%;而弱可压缩模型阀门出口处的压力头值,较不可压缩模型低10.87 m.而流态分析表明,数值模拟方法在管道内流态的表现以及在调压井的波动方面,相比一维特征线方法更有优势.结论可为研究抽水蓄能电站引水系统甩负荷工况提供新的参考,并为精确的数值模拟计算提供新的思路和方法.     

双流体湍流模型对固液两相流计算的影响

为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;k_m-ε_m模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165 μm时,k_l-ε_l-A_s模型更优,当颗粒粒径小于165 μm时,k_m-ε_m模型更优.     

出口角对离心泵内固液两相流动影响

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent,对3台不同叶片出口安放角的离心泵内的固液两相湍流进行了数值模拟,分析了叶片出口安放角对泵内部固液两相流场的影响.计算结果表明：在叶轮流道内,固体颗粒的相对运动方向比液相更偏向叶片压力面,大叶片出口角叶轮内两相速度的夹角较大.通过对比不同叶轮内压力分布及固体颗粒体积浓度分布,得出以下结论：大出口安放角的叶轮压力面附近聚集了更多的颗粒,导致大量颗粒与叶片尾部的压力面相撞;叶片出口安放角增大使得叶轮出口压力增大.     

射流式离心泵性能及内部流动特性

为研究射流式离心泵内流动机理,以JET750G1型射流式离心泵为研究对象,搭建试验测试系统,分别对不同安装高度下射流式离心泵的空化及能量特性进行试验研究;基于k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对0 mm安装高度下泵各工况点内部流动进行数值模拟.试验结果表明:当流量增大到一定程度之后,扬程-流量、功率-流量、效率-流量曲线均急剧下降;随着安装高度的增大,陡降起始点向小流量工况偏移.数值计算结果表明:扬程、功率、效率的数值模拟结果与试验值基本吻合,数值模拟性能陡降起始流量点比试验值大0.5 m³/h;射流式离心泵由于其面积比值较小,射流剪切层被迅速排挤到喉管壁面,泵内最低压力点出现在喉管内喷嘴稍后处,空化最早发生在该处;随着流量的增大,空化区域急剧向叶轮进口扩展,性能陡降起始点正好是泵内初生空化流量点,射流式离心泵的空化性能取决于其射流器的空化性能;射流器能提升离心泵扬程和自吸性能,但射流器内高速回流及强剪切流动,导致其效率及空化性能大幅下降.     

长距离供水工程空气罐调压塔联合防护水锤

结合某实际供水工程并基于特征线法,建立了包含水泵、管道及水锤防护措施的全系统过渡过程数学模型,模拟了停泵工况下系统的压力变化过程.通过计算发现,由于局部高点内水压力较小,为了保证沿线不出现负压,采用常规空气罐方案时,空气罐体积达到530.00 m³.针对常规空气罐方案体积过大的问题,提出了空气罐双向调压塔联合防护方案和空气罐单向调压塔联合防护方案,并对比分析了2种联合防护方案的效果.结果表明2种联合防护方案都能较大幅度地降低空气罐的体积.空气罐双向调压塔联合防护方案下,空气罐体积降至40.27 m³,但双向调压塔高度受测压管水头控制,水泵扬程较高时导致其高度较高,双向调压塔高达到27.00 m;单向调压塔的高度不受测压管水头限制,联合防护方案下空气罐体积为43.83 m³,但为了保证局部高点不出现负压,需增加沿线单向塔的数量.     

溶解混施水肥一体化装置施肥性能试验研究

为了了解溶解混施水肥一体化装置的性能,以装置出口水肥溶液浓度的均匀性作为衡量装置施肥性能的主要参数,采用控制变量法,研究滤网桶参数、进口流量及加料器对装置施肥性能的影响.结果表明:采用60目的滤网桶时,出口水肥浓度均匀系数比40目的高6.1%;采用250 mm的滤网桶时,出口水肥浓度均匀系数比150 mm的高4.3%;相比于流量为2.5,2.0 m³/h,采用1.5 m³/h时,出口水肥浓度均匀系数分别高了12.6%和17.3%;使用加料器时,装置出口水肥浓度的均匀系数比不使用加料器加肥时高了9.9%.因此滤网桶的参数、流量均对装置施肥性能有明显的影响,滤网桶网孔数越多,滤网桶直径越大,流量越小,装置出口水肥溶液浓度的均匀系数越大,装置的施肥性能越好.