叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响

为研究叶轮几何参数对离心泵进口回流特性的影响规律,以IS65-50-160型低比转数离心泵为研究对象,基于Standard k-ε湍流模型,对模型泵进行三维定常数值模拟,得到模型泵的性能曲线,并与试验结果进行对比,分析了叶片数、叶片进口冲角和叶片进口边位置3个叶轮几何参数对模型泵进口回流特性的影响,研究回流发生时不同工况下的速度、流线分布.研究结果表明:叶轮进口回流首先发生在管壁附近,随着叶片数增加,叶轮进口回流速度不断减小,当叶片数Z=7时,模拟的扬程在各个工况下均较高,回流强度较小;当叶片进口冲角Δβ=10°时,流体从叶轮进口向进水管的反向流动速度较小,叶轮流道流线分布较好,回流强度较弱;当叶片进口边向前延伸时,离心泵性能得到改善,叶轮进口回流强度有减小的趋势.     

用能量准则对离心泵叶轮参数关系的优化探索

高心泵叶轮研究方法之一乃是统计分析，即根据预先进行的多参数实验结果建立数学方程式，再按数学方程式求得最佳参数。为了寻求低比转数（40～60）离心泵叶轮的最佳参数，曾设计并制造了一系列实验叶轮进行对比试验。根据这些实验结果得到了实验叶轮在各工况下的水力效率对在叶轮中损失最小的最优工况下，离心泵叶轮流道中的能量损失可由叶轮的最大水力效率确定。最理想的解决办法在于寻求这样的动力、运动和几何准则，对预先给出的任何基本参数，它能保证有最优的。叶轮叶片进口边处的脱流现象与绕流情况有关，通过逐步逼近法引入了综合参…     

离心泵叶轮入口参数最优化设计的研究

本文提出了离心泵叶轮入口主要参数和叶轮进口边几何形状的最优化设计方法及其应用,利用正交设计法讨论了有关系数对汽蚀比转数的影响。一、叶轮入口主要参数最优化公式我们从最佳入口条件出发,推导叶轮入口主要参数最优化的计算公式。我们知道,必需汽蚀余量△hr(或者NPSHr)是标志泵本身汽蚀性能的基本参     

中比转数离心泵多工况设计

为了实现TS65-40-125型中比转数离心泵在实际运行中的水力性能需同时满足多个工况点的要求,借鉴在低比转数离心泵多工况设计中广泛应用的加大流量设计法,对其叶轮进行3次改进.采用Ansys Workbench 12对整个计算域进行结构化网格划分,并对网格无关性进行了分析,利用商业软件CFX进行数值模拟,进口边界设定为均匀来流,出口边界设定为压力出口,采用SST k-ω模型,分析了不同设计方案下叶轮内的压力、湍动能、速度分布,并对泵的外特性进行了预测,最后选取一个最优方案进行试验.结果表明：采用加大流量设计法,恰当的选取叶轮几何参数,可以有效地增加中比转数离心泵的扬程、提高水泵效率,拓宽水泵高效区.TS65-40-125型中比转数离心泵叶轮采用加大流量设计法改型后,设计点水泵扬程比原型对应工况点最多提高了5 m,在5个工况点效率基本满足国家标准要求.研究结果可为中比转数离心泵的多工况设计提供一定的参考.     

渐开线圆柱形叶片的计算与研究

为克服低比转数离心泵叶轮常用圆柱形叶片的表面脱流，提高叶轮水力效率，设计了一种渐开线圆柱形叶片，并以数学分析方法证明了渐开线两项重要几何特性，这些特性决定了渐开线圆柱形叶片具有良好的水力性能。     

径向回流平衡孔低比转数离心泵空化性能研究

选用ns=26的低比转数离心泵为计算模型,保证蜗壳和叶轮其他几何参数不变的前提下,平衡孔中的液体分别采用径向回流、传统轴向回流以及无平衡孔结构这3种方案,基于混合流体的连续性方程、动量方程、标准k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程对叶轮内的空化进行数值模拟。计算得到的H-LNPSHa曲线与试验结果吻合较好,验证了计算方法的准确性。研究结果表明:具有径向回流平衡孔的低比转数离心泵平衡孔回流方向与叶轮来流方向基本一致,能够明显改善该泵的空化性能。     

低比转速泵几何参数对扬程综合影响的灰色理论分析

低比转速泵几何参数对扬程的影响,应当侧重于综合影响的研究。采用灰色理论分析了低比转速泵几何参数对扬程的综合影响,通过大量计算提出了这些参数对泵扬程的影响排序结果。计算结果表明,在这些几何参数中,叶轮出口直径D2对扬程影响最大,叶片出口角2β影响最小,进口直径D1,叶轮出口宽度b2,叶片数Z和叶片长度比R依次地处于它们之间。这种方法对其它工程项目方案的研究具有重要的实际意义。     

β_2及b_2值对于低比转数叶轮外径的影响

本文针对低比转数叶轮的特殊性,从理论上定量地分析了叶片出口安放角β_2及叶轮出口宽度b_2对叶轮外径的影响,从而为探索降低低比转数叶轮圆盘摩擦损失提供了新的途径.     

开缝叶片低比转数离心泵空化性能的数值模拟

为了进一步提高低比转数离心泵的空化性能,对离心泵叶轮叶片进口附近的开缝进行研究.考虑开缝的3个参数,设计6组水力模型探究开缝对低比转数离心泵性能的影响.针对离心泵运行过程中产生空化的流动特点,基于Rayleigh-Plesset方程来描述空泡成长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用RNG k-ε模型对在相同工况下的离心泵中两相流动进行数值模拟与分析.模拟结果表明:在叶片进口处开缝可以提高泵空化性能,其中第二组模型的空化性能提升比较明显,空化余量由4.447 m下降到3.910 m,降低了12.1%,水力效率由71.56%上升至76.46%;在相同工况下,开缝叶轮流道内的能量分布更加均匀,而扬程在额定流量下只有很小的变化.该模拟结果对研究低比转数离心泵内部流动特性及性能的提升具有一定的参考价值.     

液力透平几何参数对压头-流量曲线的影响

为了适应化工过程工业中生产调节对透平性能的影响,要求液力透平的压头随流量的变化较小,即压头-流量曲线比较平坦。在液力透平蜗壳内速度矩守恒的前提下,推导得出了透平理论压头和流量及透平几何参数的关系式,通过分析得到影响其曲线平坦度的几何参数为:蜗壳包角、叶轮出口安放角、叶轮出口边参数和叶片数。选取一台低比转数泵反转作透平为研究对象,改变蜗壳包角、叶轮出口安放角、叶轮出口边参数和叶片数等几何参数,确定了13种研究方案,利用ANSYS-Fluent软件对13种方案进行数值模拟和试验。结果表明:在一定范围内减小蜗壳包角,增大叶轮出口安放角,压头-流量曲线变得平坦;存在最佳叶轮出口边位置和最佳叶片数,可使透平压头-流量曲线更加平坦;蜗壳包角对压头-流量曲线斜率的影响显著。     

自吸离心泵比转数的探讨

分析了比转数与自吸离心泵的性能参数及结构之间的关系,给出了自吸离心泵主要水力设计和结构设计公式的系数及选择方法;并取相同比转数时用4种方法对圆盘效率作了探讨,指出了提高效率的途径;此外还将低比转数离心泵叶轮的铸造工艺作了简单介绍。     

基于边界层分离理论的低比转数离心泵设计

为研究边界层分离对低比转数离心泵水力性能的影响规律,由边界层不发生分离条件,结合离心泵湍流边界层理论,在不改变叶轮进出口几何参数的情况下,通过实际案例设计新的叶轮叶片型线,探索在水力设计中防止或抑制过流表面边界层分离的方法.叶轮叶片型线方程以叶片安放角β为变参数,引入速度系数kv作为中间因子.水力设计计算结果显示:边界层动量损失厚度随速度系数kv的增大而变厚,理论扬程随速度系数kv的增大而升高;在满足理论扬程的条件下,减小叶片型线方程中速度系数kv的取值,有利于抑制过流表面边界层的分离.数值模拟结果表明,低比转数离心泵叶轮叶片型线设计不合理是导致过流表面边界层分离的主要原因,边界层分离引起泵的水力性能下降,在设计工况下,改型泵的扬程比原型泵的扬程增加不明显,但水力效率有所提升;新的叶轮叶片型线对内流场状况有一定的改善作用,能有效防止回流与涡旋的产生和发展.     

低比转数泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级影响因素排序

为研究低比转数离心泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级因素影响的综合排序,利用灰色理论分析了2个Ⅰ级因素（叶轮参数IP与蜗室参数VP）、4个Ⅱ级因素（叶轮进口参数IIP,叶轮出口参数IOP,蜗室平面参数VPP与蜗室断面参数VSP）和14个Ⅲ级因素（如叶轮进口直径D0,出口直径D2,基圆直径D3等几何参数）对扬程H的综合影响.通过大量计算,得到了Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级因素的综合影响排序.计算结果表明：在Ⅰ级因素中,IP对H影响最大,VP最小;在Ⅱ级因素中,IOP对H影响最大,VSP最小,而IIP与VPP介于前两者之间;Ⅲ级几何参数对H影响顺序,在IOP中为D2β2Zb2,在IIP中为β1D0b1,在VPP中为D3αs,在VSP中为b3b4hFⅦ;首次提出了离心泵扬程Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级影响因素及其Ⅰ级、Ⅱ级与Ⅲ级灰色关联度计算公式的新概念、新思路和新方法.结果对离心泵的研究设计以及现有产品改造提供了重要理论基础.     

叶轮几何参数优化对核主泵惰转特性的影响

为了研究核主泵叶轮部分几何参数对核主泵惰转特性的影响,首先对核主泵不同阶段惰转特性及影响惰转特性的因素进行分析.然后基于泵外特性的建模方法建立模型核主泵的动态仿真模型,并且通过研究不同叶轮几何参数下的惰转模拟方案,分析得到更优设计方案.结果表明:惰转性能的影响主要体现在惰转过渡过程的非线性惰转瞬变阶段.在一定范围内,包角越大对应泵的惰转性能越优;叶轮叶片数越少,对应泵的惰转性能越优;随着叶轮进口边向出口延伸,对应泵惰转性能越优.通过优化核主泵叶轮结构,可以得到惰转特性更优的设计:选择120°包角、进口边位置为方案b,叶轮叶片数为5.优化后的主泵惰转流量曲线达到半流量的时间比优化前对应的曲线晚0. 07T,即0. 91 s.当泵保持其他设计参数不变,只是改变几何参数来优化惰转性能时,其对应的功率曲线越低,则其惰转特性越好.     

低比转数离心泵叶轮内流场的重构及模态分析

针对传统离心泵水力性能优化设计的复杂性,提出了采用本征正交分解与径向基函数(POD-RBF)混合代理模型方法进行离心泵叶轮内流场的重构分析。由三次Bezier曲线对低比转数离心泵二维叶片型线进行参数化控制,通过对叶片包角、进出口安放角等控制参数进行适量的扰动得到叶片型线的样本集。由叶片型线参数及叶轮CFD内流场数据构成样本的快照矢量集,根据几何相似及网格变形方法插值得到各相似节点的流场参数,依据本征正交分解法(POD)将快照集分解为一系列正交基的线性组合。由径向基函数(RBF)拟合目标叶型所对应的正交基系数,实现了对目标叶轮内流场的重构。采用POD-RBF方法对MH48-12.5型低比转数离心泵叶轮内流场进行了重构,其压力预测均方根误差为0.84%,速度预测误差基本在0.5m/s以内,流场预测所需时间约为CFD计算的1/240,并对样本集进行POD基模态分析,得到了各阶基模态流场特征及能量分布特性。     

低比转数离心泵叶轮内流场重构与模态分析

针对传统离心泵水力性能优化设计的复杂性,提出采用本征正交分解-径向基函数（POD-RBF）混合代理模型方法对离心泵叶轮内流场进行重构分析。由三次Bezier曲线对低比转数离心泵二维叶片型线进行参数化控制,通过对叶片包角、进出口安放角等控制参数进行适量的扰动得到叶片型线的样本集。由叶片型线参数及叶轮CFD内流场数据构成样本的快照矢量集,根据几何相似及网格变形方法插值得到各相似节点的流场参数,依据本征正交分解法（POD）将快照集分解为一系列正交基的线性组合。由径向基函数（RBF）拟合目标叶型所对应的正交基系数,实现了对目标叶轮内流场的重构。采用POD-RBF方法对MH48-12.5型低比转数离心泵叶轮内流场进行了重构,其压力预测均方根误差为0.84%,速度预测误差基本在0.5m/s以内,流场预测所需时间约为CFD计算的1/240。对样本集进行POD基模态分析,得到了各阶基模态流场特征及能量分布特性。     

中低比转数混流泵设计与试验

以比转数350的混流泵为研究对象，通过设计研制的两种不同几何形状和过流面积的蜗壳、多种叶轮设计方案进行组合试验，以及在叶轮出口边不同位置以不同位置以不同切削量进行切削试验，对不同水力结构参数的设计方案与试验所获得的性能数据关系进行分析，提出了该型泵的理想性能水力设计建议。     

IS65—40—250水力模型的改造：叶轮进口几何参数的选择

通过几种IS泵水力模型的改造,对现有的叶轮进口几何参数选择的观点进行了分析,指出不足,提出了改进意见。     

水泵偏大流量设计方法的探讨

目前,在低比转数水泵设计中常采用偏大流量设计的方法,即增加叶轮出口宽度b_2和涡壳喉部面积,使最佳工况点向大流量方向偏移。本文将分析低比转数水泵效率低的主要原因,以及增加b_2后水泵效率提高的原因。     

低比转数离心泵叶轮内的流动机理和叶轮设计

通过分析得出影响低比转数离心泵效率的主要原因是在叶轮出口存在二次流、边界层的分离等引起的射流－尾迹结构，提出了改进的方法。提出叶轮设计方法：加大叶轮出口宽度，增大泵体喉部面积，采用较大的叶片出口安放角、较大的叶片包角，叶片的线型前部采用较小曲率半径，后部采用较大的曲率半径。实例表明此方法能够获得较高效率和较好性能的低比转数离心泵。