基于CFD的樊口泵站泵装置性能预测

以樊口泵站的工程实际为背景,运用CFD数值模拟技术和方法,以肘型进水流道、屈膝式出水流道及40CJ-95型轴流泵为具体对象,对泵装置整体进行全面系统的研究.在额定转速下,改变叶片安装角,分别模拟各种不同叶片安装角下的工况,预测水泵性能,并和实际特性曲线进行比较;分别改变转速和叶片安装角,针对模拟结果分析预测装置性能,与模型试验值进行对比.结果表明:用基于有限体积法的双方程紊流模型对泵装置整体进行数值仿真研究是可行有效的;并且通过与已有实验成果比较,得出模拟计算结果与试验值吻合较好的结论,表明计算结果真实可信.     

内燃机工作过程数值模拟中的CFD

本文简要介绍了内燃机工作过程数值模拟和内燃机CFD的发展历程,并介绍了内燃机CFD的各个组成部分和缸内紊流流场的基本算法,最后指出了内燃机CFD的发展趋势。     

基于VOF模型的泵试验台汽蚀筒流场的CFD研究

泵试验台汽蚀筒内的流动是具有自由表面的复杂流动.以叶片角为-2°,型号为JM-211的混流泵为例,在其设计工况点Q=2 200 m3/h下,运用VOF模型,对江苏大学流体中心多功能试验台汽蚀筒的流动进行了内部流场数值计算,并与试验值进行了对比分析.数值计算得到了汽蚀筒内部的速度矢量图、两层稳流栅(整流器)附近横截面的压力分布图,以及出口速度、压力分布图.分析结果表明,两层稳流栅后流速稳定,压力分布较为均匀;泵进口压力试验值与计算所得汽蚀筒出口压力值非常接近.因此,该汽蚀筒进出口和稳流栅达到了试验所要求得泵进口压力且压力稳定.同时,研究结果表明VOF模型是模拟水泵试验台汽蚀筒内流动的一种有效方法.     

基于全流道模拟的泵装置出水流道水力特性分析

为研究低扬程泵装置出水流道的水力性能,采用CFD方法对泵装置进行全流道数值计算,并通过模型试验对数值计算结果的准确性进行验证。分析了隔墩对出水流道水力性能和泵装置能量特性的影响,阐述了出水流道流量不平衡的问题以及环量对出水流道内部流动特性的影响。结果表明:对于低扬程泵装置,出水流道的隔墩对泵装置能量性能的影响较大,应尽量避免设置隔墩;在出水流道中,隔墩前伸会增加出水流道的水力损失,导致两孔流量分配更加不相等,隔墩后伸对两孔流量的分配无影响但会增加出水流道的水力损失,从而降低泵装置的水力性能。无环量时出水流道的水力损失与流量呈二次方关系,有环量时出水流道的水力损失增大,且内部流态变得复杂。出水流道的内外特性与泵装置的运行工况有关系,应避免将出水流道独立地从泵装置系统中脱离出来进行水力性能的计算分析。     

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.     

湍流模型在双吸离心泵数值模拟中的适用性分析

以双吸离心泵为研究对象,在Fluent软件中采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和雷诺应力模型4种湍流模型在相同网格条件下进行三维、稳态数值模拟,计算其在不同工况下的扬程及水力效率;然后以RNG k-ε模型计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行三维、非稳态数值模拟,计算叶轮旋转一周的平均扬程及平均水力效率,与真机数据进行对比分析。计算结果表明：Fluent软件在稳态计算的情况下,所采用4种模型均能够对双吸离心泵进行稳态数值模拟,且模拟的精度有差别,但总体与模型试验结果误差较大。使用稳态计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行非稳态数值模拟可以得到更为精确的结果,但大大增加了计算工作量。     

湖南苏家吉泵站进水流道流态模拟

应用雷诺平均N-S方程和标准后k-ε紊流模型，建立了泵站进水流道水流运动数值模拟的三维湍流模型和边界条件，并用有限体积法进行离散，结合SIMPLEC算法，模拟并分析了大型泵站——湖南苏家吉泵站进水流道三种工况下的水流流态。研究结果表明，利用该数学模型对泵站进水流道进行模拟的结果与实际运行数据相吻合。可以减少物理实验所带来的投资。研究结果还有效地揭示了进水流道内部流动的本质、并为实际工程提供了可资借鉴的结论与建议。     

基于CFD的泵站进水流道优化研究

受限于用地规模、地形等因素,我国排水泵站流道的设计趋于复杂,普遍具有流道深、狭长的特点。这导致泵站进水流道存在回流、流速分布不均匀等不良流态,影响泵站安全稳定运行。本文以某泵站为实例,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术,通过改变肘形流道的弯曲段长度、底边线倾角和喉管高度,拟定优化设计方案,采用基于CFD的数值模拟方法分析流道内部流场分布,并根据流道出口的流速分布均匀度、速度加权平均角度和流道水力损失等水力指标比选,优选出最优方案。本文为进水流道设计提供了更精细的优化手段,弥补了传统经验设计方法只能定性分析的不足,得到的最优设计方案可供类似工程参考,保障泵站机组的稳定运行。     

螺旋槽流道微泵的数值模拟方法分析

分别在无滑移边界条件和滑移边界条件下,采用不同的双方程湍流模型以及层流模型对微型泵内部流动进行数值模拟,研究适合微型泵的计算模型和边界条件．分别使用了3种湍流模型（标准k-ε,RNGk—ε,Realizable k-ε）和层流模型进行了数值模拟,通过对流场的速度分布和压力分布的分析发现：与无滑移壁面条件的模拟结果比较,滑移壁面条件时速度分布比较均匀,但两者压力分布趋势相同．在压力与流量间的性能曲线方面,计算结果和试验结果的比较表明,在无滑移壁面边界条件时,各种模型的计算结果与试验结果总体相差很大,同时,层流模型的计算结果较好;而在滑移壁面边界条件时,所有模型的计算结果与试验结果的误差都很小,同时,标准k—ε湍流模型和RNGk—ε湍流模型的计算结果总体要比使用层流模型稍好一些,并且当泵在高转速下趋势更明显．     

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.     

加压泵站优化程序的模型建立

本文提出 ,当给水管网压力分布发生变化时 ,在高、低压区间的输水干管上增建加压泵站 ,对管网水压进行局部提升 ,降低管网压力及运行电耗 ,并采用非线性规划法对加压泵站进行优化计算 ,建立了优化程序的数学模型 ,并经实例考核 ,优于传统方式。     

邳州站竖井式贯流泵装置模型试验研究

根据南水北调东线一期工程邳州站建设的需要,在该站进出水流道优化水力设计研究的基础上,对前置竖井式贯流泵装置进行了泵装置模型试验研究。结果表明,经过优化水力设计的前置竖井式贯流泵装置试验方案SJGL—2010-01和SJGL—2010-02的主要工况点泵装置效率分别超过了82%和83%,泵装置临界空化余量NPSHc均优于5m;前置竖井式贯流泵装置不仅具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等优点,而且水力性能优异,在低扬程泵站具有十分广阔的应用前景。     

基于多块网格技术的离心泵叶轮CFD分析

网格生成是三维紊流数值分析的重要组成部分，其网格质量对数值求解的稳定性及精度至关重要。结构化网格具有节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用。对于几何形状复杂的离心泵叶轮通道，用单块结构化网格难以很好地进行描述。采用多块网格技术，根据各块和流场的特点，探讨了离心泵叶轮通道结构化网格划分中的一些处理方法，同时对离心泵叶轮三维紊流场进行了雷诺平均N-S方程的数值模拟，检验了所提的方法。     

基于混合模型的离心泵叶轮内汽蚀

为了分析离心泵发生汽蚀情况下叶轮内流场的分布以及汽泡相的体积分数，采用两相流混合模型对叶轮内三维湍流汽蚀流场进行数值计算。根据计算结果静压分布和汽泡相的流动特征，揭示叶轮内汽蚀两相流场的内在特性。     

东深三期泵站叶片裂纹成因分析

针对东深三期泵站轴流术式水泵叶片出现的裂纹，采用了有限元法对叶轮进行流体动力分析、结构刚强度与振动模态分析，并结合现场振动与压力脉动试验分析，判断叶片裂纹的成因，提出切割叶片出水边与轮比交点区的角和在叶片背面轮缘增加裙边的处理对策，取得了初步的效果。     

排湖泵站PNZ2800型水泵装置模型

介绍了排湖泵站更新改造工程的基本情况，对该工程中引进大泵PNZ2800型全调式轴流泵装置进行了关于性能、汽蚀、飞逸特性的模型试验。排湖泵站模型装置性能试验在开式台架上进行，泵段性能、汽蚀及飞逸性能试验在闭式台架上进行。模型泵段根据排湖泵站虹吸式出水流道的渐变型式采用 ＝9.33的比例进行全模拟，保证了对工程中实际泵特性的正确估计。试验中对流量、扬程、效率、汽蚀余量以及飞逸转速等项指标进行了测试和计算。将试验数据与保证工况进行比较，并对该泵的效率、汽蚀进行了综合评价，认为该泵基本能够满足排湖泵站对重新校核确定的特征扬程和流量的要求，其模型泵段效率及汽蚀性能均优于该站原泵型28CJ56模型泵。     

刘老涧抽水站轴流泵模型装置的试验研究

通过对刘老涧抽水站立式轴流泵模型装置的试验研究，得出了模型及原型装置的综合特性曲线，该成果可作为刘老涧抽水站设计的重要依据，并对同类型工程具有参考价值。     

切割叶轮对离心泵性能影响的数值模拟分析

基于CFD 计算软件Fluent ,对某低比转速离心泵在切割叶轮前后的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟。根据数值模拟的结果,预测了切割叶轮后离心泵的性能曲线,并分析了叶轮外径变化对泵内部流场的影响。分析表明：随着叶轮外径的减小,泵的扬程和轴功率都有所下降;效率在切割量较小时有所上升,随着外径的减小而下降。利用模拟结果得到的切割指数与已有的切割定律有所不同。叶轮外径变化后,叶轮进口处的静压分布基本未变,叶轮出口处及蜗壳内的压力分布出现了变化。     

南水北调东线已招标泵站水泵模型装置试验成果及分析

介绍了万年闸站、解台站、刘山站、台儿庄站等泵站已进行招标后的水泵模型装置试验成果。分析模型泵段和模型泵装置试验结果表明,两者性能差别很大:最优效率点的叶片角度向小角度方向移动了2-4度;泵段效率高的模型水泵装置效率亦高,水泵模型装置最高效率和泵段相比约下降8-10百分点;水泵模型装置最高效率点的流量和泵段相比减小约为15％-20％; 水泵模型装置最高效率点的扬程和泵段相比大致相等,变化范围在±5％以内。这种差别到目前为止还没有被人们定性的掌握,在这种情况下,按水泵模型装置的试验成果进行水泵选型和按泵段性能进行水泵选型相比,准确性可进一步提高。     

中小型泵站集中监控系统设计

介绍了一种适用于中小型泵站集中监控系统的设计方案。实际应用表明，该系统具有灵敏度高、操作可靠、检修方便和经济实用等诸多优点。