中浓纸浆泵湍流发生器设计与试验研究

为了实现中浓纸浆泵的湍流化及气液分离,达到输送中浓纸浆的目的,提出了一种采用等螺距和变螺距相结合的叶片型线湍流发生器设计方法,并针对某款中浓纸浆泵设计了一种湍流发生器.利用ICEM软件对湍流发生器进行网格划分,并进行网格无关性检查.基于ANSYS-CFX软件平台,采用标准k-ε湍流模型及欧拉气液两相模型进行湍流发生器流场的数值预测,研究表明气体主要集中于湍流发生器背面叶片根部.通过搭建中浓纸浆泵试验台,分别测试了抽送清水和3种质量分数为7.52%,9.30%,12.10%纸浆时泵的性能,试验结果表明:随着纸浆质量分数的增大,泵的效率和扬程逐渐下降,但纸浆质量分数为7.52%时,扬程略高于清水;中浓纸浆泵在运行过程中没有出现纸浆堵塞的情况,验证了该湍流发生器设计方法的可行性.     

导叶立式自吸泵内部流动模拟及试验研究

简要介绍了国内外对导叶立式自吸泵的研究现状,阐述了泵的水利设计方法,并在此基础上根据设计参数设计了叶轮和泵体。根据模型设计图做出样机,在实验台上对泵进行了性能实验,并将数据与预测结果进行了对比分析。结果如下:叶轮内部的流动的相对速度的方向比较规则,在流道内既没有出现边界层分离,也没有出现旋涡;导叶上静压分布从导叶进口到出口,是逐渐增大的;性能预测与实验对比相差很小,最大的相对误差为6.56%,性能预测较为准确。     

基于CFD的泵装置性能预测方法比较

以某混流泵装置为例,采用CFD技术分别进行包括进出水流道和水泵在内的水泵装置全流道数值模拟的性能预测和由不带泵进出水流道数值模拟得到的流道效率与泵效率乘积的泵装置性能预测,并与模型装置试验结果进行比较。结果表明,根据水泵装置全流道数值模拟方法进行的装置性能与模型试验结果误差较小;以流道效率与泵效率乘积的方法预测装置效率的误差较大,仅在最优工况点附近与模型试验泵装置效率近似相等,引起较大误差的主要原因是基本理论存在不合理性。因此,建议以进水流道、出水流道和水泵作为整体进行内流数值模拟和装置性能预测,并在考虑泵对流道影响的情况下进行流道的水力设计优化。     

基于固液两相流的纸浆泵磨损预测

分别采用Euler-Euler和Euler-Lagrange两相流模型对离心式纸浆泵进行了数值模拟,考虑叶轮间隙流动,预测了泵的磨损特性.欧拉方法采用Particle两相流模型,壁面的磨损程度与固相体积分数和滑移速度相关.拉格朗日模型采用Finnie磨损预估模型.开式叶轮纸浆泵多个流量工况的计算结果显示,欧拉方法预测的叶片和前盖板在设计流量下磨损严重,压水室在小流量工况时磨损严重.拉格朗日方法显示叶片和前盖板的磨损最严重,磨损率随流量增加先增大后减小,压水室和后盖板的磨损率逐渐减小.2种模型预测的叶轮与前盖板磨损严重的现象与实际吻合;拉格朗日模型可定量分析磨损部位和磨损程度等特性.本研究为纸浆泵的两相流数值模拟和磨损特性研究提供了一定参考.     

基于CFD和模型试验的水下泥泵优化设计研究

泥泵是绞吸挖泥船的心脏设备,泥泵的效率直接影响着挖泥船的施工效率。本文结合CFD和模型试验,基于流体仿真软件,采用标准k-ε湍流模型,模拟了大型水下泥泵的三维流场,预测了泥泵的水力性能,并采用增大叶片包角,减小叶片出口角等方法对叶片进行了优化,提高了扬程曲线的斜率,最高水力效率达到了86%;基于相似定律,按照1∶4的比例设计制造了模型泵,在试验台上进行了外特性试验。结果证明,优化设计的水下泥泵外特性与预测相符,验证了绞吸挖泥船水下泥泵的设计方法。     

射流泵在含沙水流中抗磨损性能优化

为减小射流泵装置在含沙水流中运行时射流泵遭到的磨损破坏,对射流泵的抗磨损性能进行优化.首先提出了一种经济有效的材料表面磨损情况预测方法,再利用该方法得到抗磨损性能最佳的参数组合.结合粒子垂直撞击平板试验与数值模拟结果,得到在特定材料(316L不锈钢)下的磨损等高线图,并通过不同喷嘴出口速度的垂直撞击平板试验对磨损等高线图的通用性进行了试验验证,结果证实该方法可用于预测.通过Plackett-Burman试验设计得到显著影响材料磨损情况的射流泵参数,利用D-optimal试验设计得到性能最佳的射流泵参数组合.结果表明,当射流泵的参数组合为喷嘴角度39.85°、面积比5.84、喷嘴直径18 mm时,射流泵的抗磨损性能和水力性能都达到最佳,即最大磨损深度8.6 μm、效率16.8%.根据最佳参数组合加工射流泵样机,验证了预测结果的可靠性,并通过扫描电镜对喷嘴处的磨损疤痕进行观察,结论与数值模拟分析结果一致.     

大型泵站改造中的水泵选型预测

根据相似理论，分析和表达了模型泵及泵装置扬程特性曲线和效率特性曲线，提出了预测原型泵及泵装置扬程特性和效率特性的数学模型，作为泵站技术改造水泵选型预测的理论依据；应用该数学模型对安徽上桥泵站技术改造中适宜的泵水力模型进行了比较、分析，预测了原型泵装置性能；以效率最优为准则，优选了适合于上桥泵站特征水位组合、流量的水力模型．优选结果为采用350ZMB-3．8模型；更换新泵后，在功率未增大的情况下，单泵流量加大5—8m^3／s．     

小流量工况下离心泵的性能预测研究

对在小流量工况下,利用数值计算的方法预测泵的性能时误差偏大的原因进行了分析,提出了在小流量工况下对扬程和效率的修正方法.通过对MD40-6.3多级泵一级的叶轮与导叶内部流场的数值计算,根据小流量工况下的修正公式预测了该多级清水离心泵一级的能量特性曲线,并与实验数据进行了比较.结果表明:在设计工况附近,预测值与实验值吻合...     

轴向间隙对纸浆泵性能的影响规律

为研究轴向间隙对纸浆泵水力性能的影响,应用计算流体动力学软件Fluent,采用标准k-ε占湍流模型及SIMPLEC算法,分别以清水和悬浮液为介质,对半开式离心纸浆泵在3种轴向间隙下,0.7Q0～1.3 Q0流量范围内进行三维湍流数值计算,得到浆泵的性能曲线.计算结果表明:介质为清水时,随着间隙的增大,泵扬程和效率下降;...     

大型泵站能量特性现场测试研究

为了直接获得大型泵站运行参数,对大型泵站能量性能进行了现场测试和分析.采用五孔探针和声学多普勒流速剖面仪（ADCP）测定水泵流量,根据泵站设置的仪表读取相关数据,计算得到泵装置扬程、电动机输入功率和泵装置效率;分析流量与效率测定的精度,检验原型与模型水泵效率和泵装置效率换算方法.试验泵站五孔探针测流断面选在水泵基坑以上、叶轮前的断面.结果表明：五孔探针法测定泵装置过流断面流速分布重复性好,能够反映断面实际轴向流速分布规律,流量和效率测试精度可以控制在2.0%以内,能够满足大型泵站现场测试的要求.泵装置扬程为1.73 m时,水泵流量与泵装置效率分别为11.837 8 m3/s,55.998%,达到了设计要求.由于尺寸效应,原型水泵和泵装置效率明显高于模型效率.采用相关公式,可以根据模型效率较为准确地预测原型水泵效率和泵装置效率.     

大型低扬程泵与泵装置特性预测

针对大型低扬程泵站广泛采用的轴流泵和导叶式混流泵两类泵型,通过对泵内损失相似性的分析,从理论上建立了水泵机械效率、水力效率、容积效率及泵和泵装置总效率表达式,并采用最小二乘法对模型泵性能试验数据进行拟合求取泵的效率常数。所推导泵和泵装置的效率公式同时考虑了泵内形状阻力损失、摩擦阻力损失和冲击损失的影响,能够很好地适应泵和泵装置在设计工况点和非设计工况点的效率换算,从而可以较准确地预测原型泵装置的动力特性。     

泵及泵装置效率表达与换算

从理论上分析和表达了水泵机械效率、水力效率、容积效率及总效率;分析和表达了泵效率、泵装置效率的相似性,评价了已见各种泵效率的换算公式,推导并提出了泵效率常数暨新的泵效率、泵装置效率换算方法;所提效率公式、效率换算方法对泵性能参数的可信性有鉴别、评价作用,对开发高效水力模型,提高泵站效率有指明路径作用。针对离心泵(及蜗壳式混流泵)和轴流泵(及导叶式混流泵)所提统一的表达式,既适用于泵,亦适用于泵装置;既适用于模型泵,亦适用相似的任意口径、任意参数的原型泵及原型泵装置。泵及泵装置性能统一表达的研究和实现,对于提高泵的设计水平,对于泵及泵站特性准确预测均有较大的理论意义和实际应用价值。     

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%.     

带可调进口导叶轴流泵装置水力性能数值分析

根据轴流泵进口导叶片的设计要求,设计了可调进口导叶并开展了不同安放角进口导叶轴流泵装置的三维定常数值计算,获取了进口导叶对轴流泵装置水力性能调节的综合特性曲线,建立了带可调进口导叶轴流泵装置水力性能预测的多元非线性回归预测数学模型。依据数值计算结果和速度三角形分析了可调进口导叶对转轮及轴流泵装置水力性能的影响,结果表明:在进口导叶安放角0°时,相比不带可调进口导叶的轴流泵装置,在高效区及小流量工况时带进口导叶泵装置的能量性能变化很小,大流量工况时进口导叶的水力损失较大进而导致带进口导叶泵装置的效率下降幅度较大。随进口导叶安放角由0°逐渐向正角度增大时,泵装置的最优工况向小流量方向偏移,泵装置的流量效率曲线呈现出整体下降的趋势;随进口导叶安放角由0°逐渐向负角度减小时,泵装置的最高效率先增大后减小,但泵装置的最高效率点对应的流量未发生改变。     

低扬程泵装置效率与泵效率关系研究

低扬程泵站的泵效率与装置效率之间关系主要取决于流道的损失,在对现有研究两者关系的主要方法进行总结的基础上,根据大量的试验数据对现有的泵效率与流道效率乘积为装置效率的基本假定进行验证,发现基本假定存在矛盾;进而采用CFD方法对采用不同比转数叶轮的不同装置型式进、出水流道水力损失进行预测,分析流道损失的变化规律,提出装置效率可以采用泵效率与流道效率的乘积表述,但前提条件是流道损失必须是有泵时的水力损失,在泵最优工况点附近流道无泵损失表述的装置效率与实测结果是近似相等,因此在装置水力优化设计中需要考虑叶轮在内的全装置水力优化。     

新型自吸离心泵数值模拟及试验研究

应用计算流体动力学软件Fluent对带导流器的射流式自吸离心泵内部流场进行了定常数值模拟,对泵内部流场的速度矢量、静压、总压分布及流动规律进行分析,预测了泵的效率,并与试验结果比较.数值模拟结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的内部流场速度矢量分布趋于平稳,新型导流器的两个出口压力分布均匀,各流道内的压力近似对称分布,泵在设计点数值模拟计算扬程比试验扬程提高6.9%,数值模拟计算效率比试验效率提高0.5%,数值模拟预测的性能曲线与试验性能曲线趋势一致.试验结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的性能曲线稳定、平坦,高效率区范围宽,各项技术指标满足设计要求,该泵的效率比国外同类型相同参数泵的效率提高了16.34%,同时泵体采用铝合金压铸,大幅度减轻了泵的重量,降低了泵的成本,设计合理,结构新颖,体积小,重量轻,运行可靠,操作方便.     

超大面积比射流泵性能模拟与试验研究

根据工程需求并借鉴传统射流泵的设计方法,设计了面积比分别为57.40和60.05的2种超大面积比射流泵.基于有限体积法,采用Realizable k-ε湍流模型和标准壁面函数法,对这两种面积比的射流泵进行三维数值模拟和结构优化,并得到其优化后的性能拟合方程.模拟结果显示,随着面积比在一定范围内增大,最高效率点右移,最优喉管长度增加.按照优化后的结构参数加工射流泵,将2种出口直径的喷嘴和3种直径的喉管进行组合得到6种面积比射流泵,然后在4种不同工作压力下进行水槽试验.试验结果表明：超大面积比射流泵内部流动同样存在自模性;现有汽蚀流量比的预测理论高估了超大面积比射流泵的汽蚀性能,因此需要对该预测理论进行修正;试验数据与数值模拟结果符合较好,验证了数值模拟的可靠性以及采用数值模拟进行结构优化的可行性.对超大面积比射流泵的研究,拓宽了射流泵的应用范围.     

大型泵与泵装置效率特性预测理论分析

对国内外多种原型泵与模型泵之间的效率换算方法进行了理论分析.Moody等传统公式理论分析不充分、不完整,换算结果精度较差.JIS B 8327-2002推荐式以及本文推荐的新型效率换算公式表达较完善,但JIS B 8327-2002推荐式经验常数过多.本文推荐式是根据较严谨的数理关系推导得出的公式,既能适用于泵,也能适用于泵装置,且能定量表达多种因素对效率换算结果的影响,能够为大型泵与泵装置效率特性预测提供依据.     

中比转速离心泵实验分析及性能预测

为了研究中比转速离心泵性能及内部流场特性,以比转数102离心泵为研究对象,采用fluent,在双参考坐标系下,选用RNGk-ε模型,应用有限体积法对雷诺时均N-S方程离散计算,压力和耦合采用SIMPLEC算法求解。同时,为了提高预测精度,采用5套不同网格方案对模型泵的效率进行网格无关性检验。并且从小流量工况下计算结果分析对比,得到离心泵外特性及内部流场变化规律。研究表明:数值计算与实验结果相比,设计工况下,扬程的预测误差为2.02%,效率的预测误差为1.99%;随着流量的降低,计算效率的误差逐渐增大。在设计点,离心泵的内部速度流线比较光顺;而在小流量工况下,离心泵进口和叶轮均出现漩涡现象;随着流量的降低,漩涡面积增大,数量也在增加。     

中浓纸浆泵内部气液分离数值模拟与试验

为了研究中浓纸浆泵内部的气液分离特征,基于欧拉-欧拉多相流模型,对泵内的流动进行三维非定常数值模拟,分析了转速、抽气真空度和流量对气液分离的影响及瞬态气液分离过程.搭建了基于声呐流量计的泵性能测试系统,研究了中浓纸浆泵运行性能特点.结果表明:随着转速的增大,较高的气体体积分数区域集中于湍流发生器叶片的背面,叶轮内的气体含量减小;随着流量的增大,湍流发生器内气体体积分数较高的区域面积逐渐减小,大流量工况下气体集聚在湍流发生器的背叶片根部.叶轮背面叶片的作用使气液得到了进一步的分离;转速、抽气真空度和流量的增大可以提高叶轮的气液分离能力.叶轮的排气孔附近产生并聚集了大量气体,并伴随着强烈的气液两相流相互作用变化.通过中浓纸浆泵的性能试验研究,发现提高泵的转速和抽气真空度有利于泵内的气液分离,验证了采用数值模拟方法研究中浓纸浆泵内部气液分离的正确性.研究气液分离特征有助于认识中浓纸浆泵内部气液分离过程的演变机理,为中浓纸浆泵的气液分离结构和排气系统提供设计参考.