泵系统轴向涡流的测试计算

在试验研究的基础上,对泵系统轴向涡流进行了分析计算,给出了平面涡流,柱面涡流和轴向涡流的涡线计算公式,并给出了它们的涡线。     

基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析

泵站前池或泵站进水池是泵进口前的过流部件,在不同工况的流动中存在多种旋涡,可分为自由表面涡和液下涡,这些高度不稳定的旋涡是影响水泵装置运行效率及稳定性的重要因素。为了研究泵站进水池的内部涡流,采用大涡模拟(LES)及流体体积函数(VOF)方法对泵站进水池中的三维非稳态流动进行了非定常数值计算,并进行了系统的验证。基于数值计算结果,统计了旋涡的时均特性,讨论了RANS方法和LES方法对涡流预测的区别;采用λ2等值面将旋涡结构可视化,观测到自由表面涡及附底涡周围环绕的二次涡结构;分析了不同时刻表面涡及附底涡的形态和瞬态特性,通过涡量方程得到了对流项及拉升、弯曲项对主涡涡量变化的影响。结果表明:二次涡与主涡的相互作用在一定程度上增强了主涡动量的向外耗散,并通过自旋引起主涡轴向拉升或者弯曲。     

沟槽壁面对泰勒涡流稳定性影响的数值模拟

利用CFD数值模拟方法对光滑壁面与沟槽数量为18的2种同心圆柱模型内的泰勒-库艾特流动进行计算,在对比光壁模型的PIV试验与CFD数值计算结果后,发现两者吻合良好,验证了文中采用数值计算方法的准确性;针对泰勒涡流流态,定量分析了光壁模型R-Z平面上径向速度以及轴向速度的周期波动性,讨论了环隙中不同径向位置的径向以及轴向速度分布规律,获得了泰勒涡胞尺寸随着Re数增大而减小的变化规律;在相同的Re数下,沟槽数量为18的模型内也出现了泰勒涡流,通过比较2种不同结构模型内流场以及涡量场,发现沟槽的存在显著改变了流场分布,增大了环隙内涡量的大小及泰勒涡胞的尺寸,环隙中部指向外圆柱方向的径向速度也较光壁模型增大了20%,同时,计算获得R-θ平面内沟槽区域的流场分布表明该区域存在着明显的旋涡运动.     

轴流风叶降噪机理及优化分析

为了降低轴流风叶的气动噪声,提高轴流风叶及其系统的气动性能,探究轴流风叶气动噪声产生的根本原因和内流场降噪的机理,寻找一种较为有效的降噪方案,以一款空调用轴流风叶为模型,针对风叶尾缘处进行结构参数化设计,提出了3种轴流风叶尾缘优化方案,并对各方案的内流场进行数值模拟分析,同时引用BVF(边界涡量流)诊断方法对仿真结果进行对比分析,最后通过试验进行验证,探究了轴流风叶涡流噪声的产生机理和有效解决涡流噪声的降噪方案。结果表明:边界涡量流诊断技术可用于分析诊断产生涡流的根源,通过涡量变化及内流场分布差异探究内部复杂流动机理是一种可行的仿真方案;风叶尾缘的旋涡流是产生涡流噪声的根本原因,通过减少叶尾涡流的尾缘锯齿方案能有效降低轴流风叶涡流噪声;提出了尾缘降噪的结构尺寸设计参考,为后续气动噪声的降噪研究提供一定的参考依据。     

BPX型排水泵内流分析及降噪方案

为了研究泵内流动诱导噪声源分布规律,从内部流动角度,运用计算流体动力学方法对一台典型的BPX型排水泵的内流场进行了数值计算,得到了在不同工况下泵内的速度、压力及涡量场分布特征.计算结果表明：泵过滤室内液流呈低速缓流状,异物过滤装置后盖板附近有环状非对称切向旋涡产生;过流通道面积突变使得叶轮吸入口入流条件较差;出液管内部流动出现明显的流动分离,由贯通流和低速回流区域组成;叶轮流道内部,特别是在叶轮轮毂周边及流道内靠近叶片背面附近,涡量分布密集,在叶尖附近也存在较强的涡量分布,出液管内有涡条带形成.同时,对模型泵进行了空气噪声测试,根据测试结果将泵运行过程划分为启动初期、正常运转期和空排期3个阶段,分析了各阶段的噪声特性,并提出了3种具有代表性的降噪方案,认为开设回流孔方案可行性较大.     

BPX型排水泵内流分析及降噪方案

为了研究泵内流动诱导噪声源分布规律,从内部流动角度,运用计算流体动力学方法对一台典型的BPX型排水泵的内流场进行了数值计算,得到了在不同工况下泵内的速度、压力及涡量场分布特征.计算结果表明：泵过滤室内液流呈低速缓流状,异物过滤装置后盖板附近有环状非对称切向旋涡产生;过流通道面积突变使得叶轮吸入口入流条件较差;出液管内部流动出现明显的流动分离,由贯通流和低速回流区域组成;叶轮流道内部,特别是在叶轮轮毂周边及流道内靠近叶片背面附近,涡量分布密集,在叶尖附近也存在较强的涡量分布,出液管内有涡条带形成.同时,对模型泵进行了空气噪声测试,根据测试结果将泵运行过程划分为启动初期、正常运转期和空排期3个阶段,分析了各阶段的噪声特性,并提出了3种具有代表性的降噪方案,认为开设回流孔方案可行性较大.     

双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化

为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。     

基于PANS模型的湍流Taylor-Couette流及其换热特性

以同轴圆筒环隙内流体为研究对象,通过多种湍流模型计算结果与PIV测试结果的对比分析,建立了基于局部时均化模型(PANS)的环隙内湍流流场的数值模拟方法,在此基础上重点研究了沟槽模型内湍流流场分布与换热特性,获得不同旋转雷诺数、内外壁面温度梯度对流场分布及其换热性能的影响规律,同时研究了沟槽内涡流的形成机理及沟槽区域流体速度、剪切力及热流密度分布.结果表明:当流场转捩为湍流Taylor-Couette流时,泰勒涡沿轴向呈现无规则波动运动,并且泰勒涡轴向尺寸随雷诺数及内外壁面温度梯度增加而增加,径向速度与内壁面热流密度沿轴向的变化趋势表明:径向速度引起的射流作用对内外壁面间热量交换有直接影响;环隙内流体经过沟槽区域时撞击沟槽壁面,在惯性力、黏性力及壁面剪切力相互影响下形成涡流;沟槽区域的速度与壁面剪切力的变化呈现一致性,热流密度的变化与之相反.     

热载体加热器内颗粒流动实验台设计与试验

为了研究竖直热载体加热器内陶瓷球颗粒的流动特性,设计制造了一套可视化流场试验装置。利用PIV技术,对直径为2 mm的陶瓷球热载体在竖直管内的速度场进行了研究,并利用Tecplot对陶瓷球的涡量进行了局部涡量的提取,以研究陶瓷球涡量场分布特点和其局部特征。研究结果表明,陶瓷球颗粒的轴向速度分布近似呈抛物线状。在竖直管内不同挡板处,涡量场与速度场一样具有贴壁特征;同时内置挡板有利于增加陶瓷球与热烟气的换热时间和效率。     

翼型化叶顶对微型喷水推进泵内流场的影响

不同叶顶形状有不同漩涡分布,导致叶顶涡量分布不同,影响喷水推进泵内部流动。为研究翼型化叶顶对微型喷水推进泵内流场的影响,采用ANSYS CFX对微型喷水推进泵进行数值计算。在其他参数不变的情况下,研究3种不同翼型化叶顶(尖峰型、均匀型及S型)对漩涡及内部流动的影响,并与原始叶顶进行对比分析。研究结果表明:翼型化叶顶改善了叶顶及叶片背面涡量,叶轮进水端处高压区域范围明显减小且出水端速度分布更均匀。3种翼型化方案内流场分布区别不大,均匀型叶顶的涡量范围最小;S型叶顶高压区范围最小,且出水端高速区域面积最小,轮毂到轮缘速度布局最均匀,流动稳定。     

旋流泵结构参数对泵性能的影响

在旋流泵流场计算及流场测试基础上,就旋流泵的结构参数对泵性能的影响进行了一系列试验研究,总结了以蜗壳无叶腔体积Ｖ０与叶轮体积Ｖ１之比Ｚｖ来设计旋流泵的方法,并由大量试验数据统计得到,当Ｚｖ＝Ｖ０／Ｖ１＝３￣５时可获得较好的水力性能。设计的几种旋流泵的效率比国内处同类产品提高了３％￣５％。     

旋流泵内部盐析颗粒流场PIV试验

为探索旋流泵内盐析颗粒的流动规律,利用PIV粒子图像速度场仪对泵内颗粒流场进行了测量,获得了颗粒准三维速度场分布,初步掌握了泵内不同工况下颗粒的流动特征.结果表明,叶轮各轴截面上速度分布差异显著,无叶腔中速度分布呈现强迫涡旋和自由涡旋的特征;流量增加,颗粒流在叶轮进口处相对速度增大,出口处相对液流角也增大,无叶腔小半径处颗粒径向速度分量随之增大;颗粒流存在纵向涡旋,涡旋中心位于叶轮流道中部,且随流量变化并不明显.     

污水污物潜水旋流泵性能及设计方法试验研究

对影响潜水旋流泵性能的6个主要过流件几何参数进行了试验研究，初步掌握了旋流泵叶轮及泵体主要几何尺寸对性能影响的规律。在分析16种优秀水力模型的基础上，计算出叶轮D2及b2函数回归方程式，并用设计实例进行检验，样机效率比国内外同类产品提高3％左右。     

轴流泵叶顶泄漏涡形成演化机理与涡空化分析

为了掌握轴流泵叶顶泄漏涡(TLV)的形成演化机理,评估涡形成空化条件和间隙宽度的影响,进行了轴流泵间隙泄漏流动实验和数值计算分析。通过流线涡量云图三维可视化分析,得到间隙流动特征及其涡结构,并比较分析涡初生时吸力面的速度流线、涡量和湍动能。对比了不同截面的物理量分布,并对不同空化条件下空化发展与TLV涡强度之间的关系进行了分析。研究表明:泄漏剪切带是形成TLV的主要区域,该区域的湍动能和涡量均较大,轴向主流与间隙射流形成对流,促进了涡的生成和发展,大间隙下的泄漏流速、涡强度与涡尺度更大;TLV核心区涡旋来自剪切带形成的剪切涡和周向的来流涡。在大空化数下,涡与空化分布基本一致,涡强度与空化正相关,叶顶涡空化在大间隙时延伸更远。在小空化数下,涡与空化位置不完全重合,空化形成所需要的涡强度较低,易扩展形成片状空化,间隙宽度对空化的影响较小。     

自吸旋涡泵变转速性能与内部流场试验

研制25WZ1-12型自吸旋涡泵试验样机,通过型式及变转速外特性试验,得出旋涡泵q_v-H、q_v-η性能曲线变化规律,验证q_v-H、q_v-P曲线换算满足相似理论比例定律,q_v-NPSH曲线换算不满足汽蚀相似定律;用5孔管束探针对流道流场进行测量,得到流场静压p_s、当量径向速度v_(re)和当量圆周速度v_(ue)随泵转速变化分布状况;通过对试验数据的分析,解释了外特性参数与内部流动参数之间的联系和变化规律,指出旋涡泵的汽蚀类型及发生部位,为旋涡泵优化设计和建立内部流动模型提供参考依据.     

旋流泵内部液固两相流场的PDPA测量与分析

运用相位多普勒粒子测速仪（PDPA）测量了旋流泵在最优工况下液固两相速度场。根据泵内流场特点,分别采用径向速度和轴向速度2种测量模式获得流场内一点的三维速度信息,通过分粒径法获得了各相在无叶腔与叶轮内的速度及对应的脉动值。对周向、轴向及径向速度分布曲线进行分析,揭示了液固两相在旋流泵内部的运动规律,提出了叶轮内固相速度总体上大于液相等观点。     

无过载旋流泵正交设计数值模拟与试验

用正交设计法对旋流泵叶轮参数进行优化设计,设计了一个五因素二水平的正交方案,研究各几何参数对旋流泵性能的影响。采用雷诺平均数值模拟方法,对正交设计中每种组合进行性能预测,通过分析性能曲线对比图,找到了对于各个性能的最优方案。对数值计算得到的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响性能的主次顺序,通过分析与比较得出最优参数组合,即叶轮外径220mm、叶轮出口宽度40mm、叶片出口安放角14°、叶片数4和无叶腔宽度40mm。在模拟基础上,对最优模型样机进行了试验,测试结果表明,在实现无过载的同时,保持了较高的效率,达到了设计目的。     

带凸形叶片侧流道泵内部旋涡特性研究

侧流道泵是一种超低比转数径向式叶片泵,流体在侧流道泵中以螺旋形轨迹运动,整个流动过程是一种复杂的三维湍流形式,存在着大量的轴向、径向旋涡。为了研究侧流道泵的内部旋涡特性,以带凸形叶片侧流道泵为研究对象,采用非定常数值模拟的方法,通过试验对比验证了数值模拟的可靠性,并基于数值模拟,利用Q准则对其内部涡旋结构进行可视化分析,分析了涡团分布和涡量波动等特征。结果表明:增加凸形叶片可以扩大侧流道泵的高效区,拓宽侧流道泵的应用范围;带凸形叶片侧流道泵内部涡团主要存在于叶轮流道内,且大部分位于叶轮进出口区域附近及叶轮根部处;随着流量的增加,除了叶轮进口区域,侧流道泵叶轮内涡团变小,且数量显著减少。     

螺旋离心式诱导轮对旋流泵力学特性的影响

为了优化旋流泵输送含复杂介质、固相颗粒流体的能力和提高固液两相流输送效率,在叶轮前加置具有导向和推进作用的螺旋离心式诱导轮.通过对150WX-200-20型旋流泵进行数值计算及试验,获得了有、无诱导轮式旋流泵的性能变化,在此基础上,将旋流泵的力学特性与流动特性结合起来,分析螺旋离心式诱导轮对旋流泵力学特性的影响.研究结果表明,无叶腔内流体在诱导轮作用下,流体的运动形态发生变化,产生了旋涡、二次流等现象,加剧了压力脉动的强度,但压力脉动幅值有减小的趋势;蜗壳内压力脉动强度不仅与监测点和隔舌的相对位置有关,也和监测点所在流面的截面面积存在一定联系,当监测点所在断面面积既能保证流体受蜗壳的约束,且流体流动更加均匀时,该监测点的压力脉动越小;加置诱导轮后,进入叶轮流体由轴向运动转为径向运动,从而削弱轴向力的大小,同时,单叶片诱导轮非对称结构也会加剧波动变化.这一研究对了解旋流泵内的压力脉动变化、削弱轴向力及提高泵运行的稳定性具有重要意义.