轴流式油气混输泵压缩级流场CFD模拟分析

利用Fluent计算软件,采用非定常滑动网格技术和非结构网格来模拟油气混输泵单个压缩级三维流场,通过对气液两相介质在流道内的流动情况的分析,为改进压缩级的设计提供了依据。试验证明,该方法在油气混输泵的设计中是有效的。     

三角形迷宫螺旋泵内部流场数值计算及试验

在三角形迷宫螺旋泵理论分析基础上,运用商用计算软件FLUENT,采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,运用基于非结构网格的SIMPLEC算法,对清水状态下三角形迷宫螺旋泵内三维湍流场进行了数值模拟,从而得到了螺旋泵内部流动的主要特征和外特性变化规律.根据试验结果得出泵的外特性曲线,并与数值模拟计算的结果进行比较,发现两者的外特性规律非常一致,这说明所采用的计算模型基本符合泵内部流动的实际情况.研究结果可用来了解三角形迷宫螺旋泵的内部流场特征,为螺旋泵的设计、改进和优化提供有益的参考.     

轴流式油气混输泵吸人室及压缩级流场分析

轴流式油气混输泵兼具泵和压缩机的性能,结构紧凑,能在高含气率下工作.针对混输泵内部流动复杂易产生气液分离,气相能量携带能力差,效率低,稳定性差,设计难度大等问题,采用轴流泵和轴流压缩机设计方法相结合,充分考虑高含气率下气相的可压缩性,用PRO/E对轴流式油气混输泵吸入室及压缩级建模,ICEM对模型划分网格,基于RNG k-ε紊流模型用FLUENT软件对不同含气率下模型流场流动情况进行了计算模拟;分析了流场模拟结果,并进行了实验.结果表明,利用此吸入室、压缩级的设计方法和模拟是合理的.     

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.     

轴流式油气混输泵叶片的三维建模

介绍了油气混输泵在油田中的应用及其在国内外研究状况与发展趋势.阐述了混输泵输送高含气量气液混合物的关键是要对混输泵的过流部件,尤其是叶轮及导叶进行优化,以保持气液两相的均质性,防止输送介质在流道内的分离.结合轴流泵与轴流式压缩机的设计理论,运用轴流泵设计的方法,充分考虑轴流泵和轴流压缩机动静叶组合方式,设计了四组动叶转轮.通过坐标转化,将二维叶片转化到三维空间坐标中,采用三维建模软件Pro/E建立了三维实体模型.结果表明,应用Pro/E对压缩级进行完整的三维几何建模,能够较正确地表达出叶片形状,生成理想的三维实体模型.     

轴流式油气混输泵吸入室及压缩级流场分析

轴流式油气混输泵兼具泵和压缩机的性能，结构紧凑，能在高含气率下工作。针对混输泵内部流动复杂易产生气液分离，气相能量携带能力差，效率低，稳定性差，设计难度大等问题，采用轴流泵和轴流压缩机设计方法相结合，充分考虑高含气率下气相的可压缩性，用PRO／E对轴流式油气混输泵吸入室及压缩级建模，ICEM对模型划分网格，基于RNG k-ε紊流模型用FLUENT软件对不同含气率下模型流场流动情况进行了计算模拟；分析了流场模拟结果，并进行了实验。结果表明，利用此吸入室、压缩级的设计方法和模拟是合理的。     

螺旋轴流式多相混输泵叶轮域的能量特性

为了定量分析螺旋轴流式多相混输泵叶轮各区域的能量转换特性,在清水介质和气液两相介质下分别对螺旋轴流式多相混输泵进行数值模拟计算,通过分析叶轮域的能量变化规律来揭示流量和混输泵进口气体体积分数对多相混输泵叶轮各区域做功的影响规律.研究结果表明:叶轮所携带的机械能主要在叶轮中部传递给流体介质,大部分转换成了流体介质的静压能,且从叶轮进口到出口做功能力先增强后减弱;在清水介质下,随着流量的增大,叶轮前半部分做功能力逐渐增强,后半部分做功能力逐渐减弱;在气液两相介质下,随着进口含气率的增大,叶轮做功能力逐渐减弱,且进口含气率主要影响叶轮前半部分做功能力,而对后半部分影响较小.研究结果可为螺旋轴流式多相混输泵过流部件的优化设计提供一定的参考依据.     

旋流泵的流动规律

对80X-13.5型旋流泵进行了数值模拟计算,泵内部流动区域选用Pro/E造型,用Gambit软件采用分块非结构六面体网格划分方法对模型进行网格划分及部分边界条件的设定,运用雷诺平均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型结合SIMPLEC算法,来数值模拟旋流泵内部三维不可压湍流场.数值模拟计算选取工作介质为清水,并认为是牛顿流体且局部各向同性;认为旋流泵的内部流场是以定常角速度绕固定轴的旋转流场,属于复杂的三维不可压湍流流动.数值模拟得出了旋流泵内的速度和全压分布图,并试分析出了旋流泵的内部流动区域分布.分析认为,周向流动是旋流泵内部的主体流动趋势,旋流泵内部流动状态可归结为贯通流和循环流.数值模拟的结果验证了已有流动模型的正确性,并且在数值模拟基础上重新划分的流动区域可以反映清水条件下80X-13.5型旋流泵的内部流动情况,可为此种泵型旋流泵的设计提供参考.     

混输泵小流量工况的空化特性

为改善混输泵在小流量工况下的水力性能,采用基于均相流假设的多相流模型和Rayleigh-Plesset方程,应用标准k-ε湍流模型,对混输泵小流量工况全流道空化流场进行数值模拟,分析几种典型空化工况下混输泵的输运性能以及在不同工况下叶轮内部空泡的分布规律,最后根据模拟结果预测混输泵的能量特性并与试验结果作对比分析,从而在一定程度上验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:在小流量工况下,叶片进口绕流和动静干涉对叶轮内的流动分离产生较大的影响,同时旋涡形成的低压区会加剧进口空化、降低泵的混输性能;从初生到深度空化发展过程中,空化首先发生在叶片进口和靠近中间位置,在叶片背面进口的空化程度较严重,越靠近轮毂空化程度越严重,甚至阻塞流动,加剧叶轮内相态分离.该研究结果为混输泵的进一步优化设计、性能改善及实验研究提供理论依据.     

迷宫螺旋泵气液两相流场的数值模拟及试验

基于混合物多相流模型、RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,应用CFD软件Fluent对迷宫螺旋泵内气液两相流场进行数值模拟并通过试验进行验证.通过分析流道内不同截面上的压力、速度以及含气率分布,研究泵内气液两相流场的流动情况.模拟结果表明,压力分布从进口到出口沿螺旋槽逐渐升高,增压效果明显,速度分布在环形腔的外侧比在内侧稍大,螺旋部分含气率分布比较均匀,进出口处出现含气率分布不均匀现象,局部含气率较高,在此要防止气堵现象的发生.试验结果表明所采用的计算模型基本符合泵内部流动的实际情况,这说明模拟结果一定程度上揭示了迷宫螺旋泵内部气液两相流场的流动规律,可为迷宫螺旋泵气液两相流研究提供理论依据,试验结果同时表明迷宫螺旋泵进行气液混输时具有良好的曝气效果,可作为传统曝气设备的替代产品.     

多级离心泵环形吸水室水力设计优化与数值计算

根据某多级离心泵设计要求,按环形吸水室水力设计方法,设计8种几何参数不同的吸水室设计方案。采用Pro/E软件对吸水室进行三维造型,采用非结构化进行四面体网格划分,采用标准k-ε湍流模型进行数值计算。计算结果表明,水力损失随流量的增大而增大,吸水室进口直径D进对吸水室收缩段流态影响显著。小流量时,8种方案的水力损失差别不大,而大流量时,8种方案的水力损失差异较大。在大流量工况,进口直径越大,则水力损失越小;出口直径越小,则水力损失越大,但影响的效果不明显;环形空间采用弧形结构是降低水力损失的一种有效措施。因此,在选择最优设计方案时,应结合水力和结构两方面因素加以综合考虑。     

半螺旋形吸水室对离心泵压力脉动特性的影响

以某型号双吸泵为研究对象,分析了半螺旋形吸水室几何参数对离心泵内部不稳定流场压力脉动的影响。在保证吸水室基本几何参数不变的情况下,通过改变吸水室断面形状与隔舌位置而设计了2种计算方案。基于Navier-Stokes方程和标准的 双方程紊流模型,采用贴体坐标、非结构化四面体网格和SIMPLEC算法,分别对不同设计方案的双吸离心泵进行全流道非稳态数值计算,得到各设计方案下离心泵监测点的压力脉动特性,并对其分析。计算结果表明：方案Ⅱ随着吸水室断面形状的改变,以及隔舌位置由与水平线成90o变为45o,吸水室内监测点的压力变化时域曲线趋于均匀、平缓;在压水室中,由于隔舌处监测点主要受隔舌与叶轮的动静干涉的影响,两种方案的压力脉动情况几乎一致,而其他监测点的压力变化均匀性方案Ⅱ明显优于方案Ⅰ,从而提高了机组运行的稳定性,为进一步研究双吸离心泵吸水室的设计提供了理论和实际应用参考。     

低比转速半螺旋吸水室双吸泵流场的数值分析

在CFD软件Fluent中采用考虑了旋转与曲率影响的RNG湍流模型,对具有半螺旋形吸水室的单级双吸离心泵进行了全流道（包括吸水室流道在内）数值模拟计算.结果发现,在叶轮流道内流速沿叶轮进口到出口逐渐增大;在叶轮流道前半部,靠近压力面处的流速明显大于吸力面,叶轮流道内压力分布基本和设计相符.通过对半螺旋形吸水室流道内部流场数值模拟结果进行分析后发现,在设计流量点,半螺旋流道出口隔舌及密封体处出现漩涡,并随着流量的增大漩涡逐渐明显,对叶轮进口产生影响.该结果对双吸泵及其进水流道进一步的性能优化设计提供了依据.     

基于逆向工程的双吸离心泵三维建模及数值模拟

利用目前最新的多尺度激光扫描技术手段获取大型双吸离心泵全方位的真三维数据,建立双吸离心泵的三维可视化模型。该技术在用于获取复杂外形实体数据时比传统测量方法更为精确和快速。泵的真三维模型数据成果,可用于泵的逆向工程建模获取CAD模型,进行全方位立体三维展示和工业制造;还可通过对泵的过水部件的水体模型提取,进行计算流体动力学(CFD)分析,用于泵水力结构的优化设计。     

喷嘴位置对新型环形射流泵性能的影响

运用数值模拟的方法,研究在不同被吸流体速度比下,不同喷嘴位置对采用环形射流喷嘴的新型环形射流泵性能的影响,设计了与传统贴壁环形射流喷嘴不同的夹心式环形射流喷嘴,使得工作流体在离开喷嘴后处于被吸流体的包夹之中.对该新型环形射流泵进行性能预测,并与传统环形射流泵进行对比.数值模拟结果表明：新型环形射流泵效率普遍高于传统环形射流泵效率;对于新型环形射流泵,工作喷嘴位置距离壁面8 mm为最优;对于工作喷嘴距离壁面分别为4,6 mm的新型环形射流泵,在流量比为0.4~0.8的范围内,最佳速度比为1/1,而对于工作喷嘴距离壁面8 mm的新型环形射流泵,在流量比为0.4~0.8的范围内,最佳速度比为3/1.     

大型立式泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的双向进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果与试验流态、实测数据一致。数值模拟结果揭示了双向进水流道内流动规律，双向进水流道内易产生死水区、旋涡和水下涡带，必须采取适当的消、防涡措施保证水泵正常运行。     

CAP1400核主泵空化特性数值研究

针对CAP1400核主泵事故下的空化问题,在对核主泵进行水力设计及三维造型的基础上,采用CFD技术对核主泵的空化问题进行定常数值模拟,并分析了正常工况、空化初生、临界空化、严重空化和断裂空化等5个阶段核主泵叶片背面气相体积分数、叶片间气相体积分数及叶片间介质温度的分布特性.计算结果表明:核主泵空化首先发生于叶片背面靠近前盖板一侧并向叶片工作面、后盖板方向发展;临界空化与严重空化阶段气相体积分数在叶轮流道相对位置S=0.35~0.45时增长趋势相同,S=0.45~0.50时相对平缓;叶片间由于相变导致的两相之间的热传导在两相界面附近的液相中形成温度梯度,空泡内气相介质的温度低于附近液相介质的温度,两者温差随空化的发展而增大.     

双向流道泵装置内三维流动数值模拟

为了防止和消除双向流道泵装置进水流道内的漩涡和涡带,确保水泵机组的安全运行,在双向进水流道底部泵进口下方加设曲线导流墩.通过CFD软件对设导流墩的双向流道泵装置内部流动进行数值模拟,获得泵装置内部的三维流动速度场,并预测了泵装置的性能.结合模型泵装置试验的内外特性,着重研究了双向进水流道的出口流速分布及其对泵装置性能的影响.计算结果表明加设导流墩的双向进水流道出口断面流速分布较为均匀,流速均匀度达到93％,满足水泵运行的需要;装置性能良好,最优工况点的装置效率为68.89％.模型试验观测显示导流墩的设置有效地防止水泵进口下方涡带的产生,在各种试验工况下进水流道内均未发现涡带,水泵运转平稳无振动,可保证机组安全可靠运行.比较进水流道出口流速分布的计算结果与模型试验结果,二者在总体结构上相近,数值模拟对泵装置性能预测结果在最优工况点与试验结果基本吻合.     

旋流自吸泵气液分离室结构对性能影响的预测

针对旋流自吸泵的气液分离室是影响泵性能的重要因素.应用FLUENT软件,选用标准k-ε模型和多重参考坐标系模型,对旋流自吸泵内部三维不可压缩湍流定常流场进行了数值模拟,得到了气液分离室内部流场分布情况,并对其分布规律进行了分析.建立了性能预测模型,对不同分离室高度下的模型进行了性能预测,并将预测结果进行了对比研究.结果显示：分离室对泵基本性能影响较大,在小流量区分离室高度对效率影响很小.为了得到最好的综合性能,对于某一方案,分离室的高度存在一个最佳值.最佳值的选取可以通过CFD进行性能预测,根据对比结果进行估算.     

火电机组脱硫泵的设计及其磨损

根据两相流的理论设计方法对火电机组所用脱硫泵的叶轮直径、叶轮出口宽度、叶片进出口安放角和压水室等几何参数进行优化设计,适当增大叶片出口宽度和涡室排出口直径、并减小叶片出口安放角以减小磨损,提高泵的效率和水力性能.基于Pro/E软件建立泵的三维全流场模型,结合计算流体动力学软件Fluent 6.3,采用欧拉多相流模型对泵内两相流场进行了数值模拟.对两相流场的磨损机理进行了阐述,根据泵的设计工况对流道内固相体积分数分布进行数值计算及分析,同时对过流部件的基本磨损情况和主要磨损部位进行了预测.结果表明：叶轮的主要磨损部位在叶轮进出口处、叶片工作面、叶片前流线和前盖板处;设计的压水室耐磨衬板间隙自动补偿装置的可更换的结构形式能够保证泵的高效运行并延长泵的使用寿命;泵的性能试验结果表明该泵设计合理,额定点效率提高了3.8%.