双向立式潜水轴流泵装置特性研究

潜水轴流泵通常用于单向和卧式泵装置,用于双向立式泵装置不多。针对泵站改造要求,通过CFX软件对双向流道潜水轴流泵装置内的流动进行数值模拟,分析了进出水流道过流特性及流态,预测了装置性能,以此改进了泵装置的进出水结构。在高精度试验台对模型泵装置进行了测试,获得了泵装置综合特性曲线,泵装置最高效率达到67.3%,平均提高3%~5%。进水流态试验观测发现进水流道内的涡带,研发的消涡锥成功消除了附底漩涡,提高了机组运行的安全性。泵装置性能预测结果在高效区与模型试验结果基本一致。     

箱涵式双向立式泵装置性能试验与流场分析

[目的]探究箱涵式双向立式泵装置性能与导叶体对泵装置效率的影响.[方法]以江苏省江边枢纽泵站的箱涵式双向立式轴流泵装置为研究对象,采用物理模型试验方法对箱涵式双向立式轴流泵装置模型开展了能量性能、汽蚀性能及飞逸性能试验,并采用数值模拟技术分析了泵装置内部流动特征.[结果]①排水工况设计扬程1.55 m时,叶片安放角-6...     

立式轴流泵装置的三维湍流流动数值模拟

采用三维湍流数值模拟方法对南水北调东线工程某泵站立式轴流泵装置进行了优化水力设计研究工作;分别建立了轴流泵模型和立式轴流泵装置几何型体数学模型,并分别对轴流泵模型和立式轴流泵装置的内部流动进行了三维湍流数值模拟,计算所得的轴流泵模型的水力性能与模型试验的结果一致;轴流泵装置数值计算所得的水力性能与装置模型试验结果的基本规律相符。计算结果表明:采用数值计算的方法研究立式轴流泵装置内部的三维湍流流动及其水力性能是可行的,在此基础上对立式轴流泵装置进行深入的优化水力设计,可以最大限度地提高泵装置的水力性能。     

流固耦合作用对双向流道泵装置流场影响

双向流道轴流泵装置由叶轮,导叶,双向进出水流道组成。双向进水流道由于其形状特征容易在叶轮进口端产生不稳定态,导致叶轮振动,而叶轮振动反过来又会影响泵装置的内部流动。为了研究流固耦合作用对双向流道轴流泵装置内部流场的影响,以双向流道轴流泵装置为研究对象,采用双向同步求解的方法对轴流泵内流场和叶轮结构响应进行联合求解。结构计算基于弹性体结构动力学方程;流场模拟基于Reynolds时均化N-S方程和SST湍流模型。在考虑双向进出水流道的情况下,将流固耦合计算前后所得轴流泵内部流场分布与叶轮表面压力分布进行对比分析。研究结果表明,考虑流固耦合作用后,进水流道出口处压力波动强度增大,涡量强度增大;叶轮工作面速度增大,导叶附近的漩涡位置发生变化;叶轮工作面与背面压力差减小,叶轮做功效率下降,轴流泵装置扬程下降。     

卧式轴流泵在泵站技术改造中的应用

我国目前农村机电排灌站的水泵大部份为轴流泵、混流泵和离心泵。而在轴流泵系列中又大部份为立式轴流泵,形式单调,而且水流通过立式轴流泵时,要被迫作两次转向,造成较大的水力损失。根据江苏农学院所作的模型试验,一般卧式轴流泵装置效率在70％以上,而立式轴流泵装置效率一般在60％左右,两者相比,前者装置效率要高出10％左右。这对泵站建设和技术改造具有很     

基于全流场的泵装置出水流道内流特性分析

为了研究立式轴流泵装置出水流道的流动特性,以一立式轴流泵装置为研究对象,基于全流场非定常计算,结合湍动能和流线分布以及压力分布,分析出水流道内非定常流动特性;基于Q准则,在小流量工况下对流道内涡旋结构进行可视化分析;基于特征值法和涡量法,对不同工况下1个非定常旋转周期内的出水流道里的涡核进行提取.结果表明:小流量工况下,出水流道的入口处产生的涡旋结构数量最多,流道内提取到的涡核数量也最多;出水流道内的涡核强度从流道入口处往后逐渐减弱;2种方法均在额定工况下提取到的涡核数量最少,并且额定工况下流道中后部均未出现涡核.掌握出水流道内流特性及涡核分布,有助于今后优化设计出低水力损失的出水流道.     

睢宁县凌城泵站轴流泵装置模型试验

根据睢宁县凌城泵站更新改造要求,为检验该泵装置的水力性能,对凌城泵站立式轴流泵装置进行了模型试验研究。在高精度水力机械试验台上对该立式轴流泵装置进行了能量特性、汽蚀特性和飞逸特性的物理模型试验,以获取该泵装置的综合特性。试验结果表明,该立式轴流泵装置水力性能十分优异,在叶片安放角+2°时立式轴流泵装置最高效率达80.2%,此时泵装置的流量为383.29 L/s,扬程为5.303 m。在净扬程为2.80~7.40 m时,该轴流泵的汽蚀性能均可满足实际运行的要求。该泵装置的单位飞逸转速随叶片角度增大而减小,在叶片角度为-4°,最高净扬程为7.40m时,最大飞逸转速为额定转速1.91倍。     

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。     

双向轴流泵流固耦合动力特性分析

轴流泵作为低扬程泵装置的核心部件广泛应用于沿江沿海地区,其稳定性直接影响到整个泵装置的安全运行。因此,需要对轴流泵进行动力学特性分析保证泵装置的稳定运行。双向轴流泵作为一种新型轴流泵,兼顾排水与灌溉功能,采用双向叶轮。由于结构的特殊性,导致双向轴流泵动力特性有别于一般情况,需要对其进行详细研究。模态分析是一种动力学特性分析的方法,可以有效确定转子的固有频率与振型,防止共振的产生。采用WORKBENCH和APDL命令流耦合的方法对双向轴流泵进行湿模态分析。结果表明:预应力对转子固有频率影响较小;各模态阶数下的湿模态固有频率均低于干模态固有频率;在某些模态阶数下,叶轮叶片数,叶轮轮毂直径与材料属性对转子固有频率有明显影响。研究结果可以为双向轴流泵的结构优化设计与动力学分析提供一定的参考。     

双向立式轴流泵站飞逸过渡过程数值计算

采用CFX滑移网格的非定常数值计算方法,计算并分析了双向立式轴流泵装置飞逸过渡过程中泵装置内、外特性的变化。结果表明:转动惯量的变化会影响泵装置进入飞逸的时间,对最终的飞逸转速的值几乎没有影响;随着转速的不断升高,由于相对入流角的变化,叶轮内部发生流动分离现象,在叶轮叶片上形成一定范围的局部低压区,载荷分布曲线上表现为载荷突变,当达到飞逸工况时,叶轮叶片工作面与背面载荷基本一致,压差很小,叶轮几乎不对外做功;叶轮出口不同位置监测点的水压脉动的主频基本相同,均为叶轮叶片通过频率,并没有出现由尾水管涡带引起的低频脉动。     

导叶出口边位置对深井离心泵性能的影响

选取100QJ30型混流式深井离心泵作为研究对象,借助数值模拟和性能试验的方法,研究导叶叶片出口边位置不同对深井离心泵性能的影响,并分析其内部流场的差异性和规律性.在导叶叶片主要几何参数不变的情况下,调整叶片出口边轴向位置,确定3种不同的导叶方案,其叶片出口边与导叶场域出口的轴向距离分别为6,3和1 mm.采用Ansys CFX软件分别对3个方案进行数值模拟,以两级泵模型建立计算域,划分结构化网格,基于标准k-ω湍流模型和标准壁面函数进行多工况数值模拟,分别对3个方案进行了性能预测,并对预测结果进行了对比分析.结果表明:导叶叶片出口边延伸可抑制由于脱流而产生涡核的演化与成长,进而消除导叶流道内的旋涡,改善次级叶轮进口处液体的流场分布.较前2个方案,方案3中的导叶结构较大幅度提升了导叶的整流能力.     

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明：在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%～57.39%,水泵进水条件较差.为改善正向进水泵站前池的不良流态,提出一种利用阵列式隔板整流的措施.采用阵列式隔板整流后,前池内回流与旋涡区得到减小、转移,回流与旋涡区对主流的挤压明显减弱,前池出口断面流速均匀度提高到47.23%～63.17%,水泵进水条件得到显著改善.试验测量结果与数值计算结果基本吻合,数值模拟得到了试验的验证.研究成果可为多机组正向进水泵站的建设运行提供参考.     

全贯流泵在停机过渡过程中的水力特性研究

通过ANSYS Fluent软件对全贯流泵装置的停机过渡过程进行研究，主要探讨了停机过程中外特性和内流场，研究发现：全贯流泵的制动工况占整个停机过程的比值最小，飞逸转速约为设计转速的84%,飞逸流量为设计流量的1.17倍。间隙回流在停机过程中的流向始终从叶轮出口流向叶轮进口，且其流量整体呈现逐渐减小的趋势。在停机过程中，轴向力整体呈现下降的趋势；转子径向力整体呈现先减小后增大的趋势；叶轮进、出口的压力脉动先减小后增大，在制动工况达到最大值后，在水轮机工况迅速减小，直至进入飞逸工况趋于稳定。叶轮进口的压力脉动幅值是泵装置内最大的，约为叶轮出口的2倍。由于受到间隙回流的影响，在叶轮进口靠近轮缘区域存在一个小型旋涡，该旋涡的范围在水泵工况先减小，在制动工况突然增大，最后在水轮机工况和飞逸工况再次减小。叶轮进口旋涡的位置受到主流流向的影响逐渐向进口导叶方向转移。全贯流泵装置内部的熵产主要集中在以叶轮为首的下游域。随着停机过程的发展，泵装置内的高熵产区域逐渐向进口导叶的方向转移，高熵产区域的范围先减小后增大。全贯流泵泵段内高熵产率区域的位置和范围与旋涡出现的位置和尺寸相对应，这表明旋涡与脱流等不...     

双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损破坏规律与形成机制研究

离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。研究发现：叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。     

NTB型陶瓷多级泵内部流动的三维数值模拟

根据CAD水力设计对NTB型陶瓷多级泵进行三维造型及网格划分,应用CFX软件,基于雷诺时均N-S方程,采用标准k-ε湍流模型和多重参考坐标系,对该泵包括额定工况点在内的9个工况点下的内部流动进行了数值模拟,得到了静压分布图、速度矢量图、流线图等,定性分析了大、小流量和额定工况点下的内部流动规律,并预测了泵的性能曲线,模拟结果表明:设计工况下绝对速度分布较合理,蜗壳出口未发现回流,反导叶出口流速相差不大且方向基本相同,但其内部发现较大的轴向旋涡;由于叶轮与径向导叶、蜗壳隔舌的相互作用,两级叶轮中间截面流线均呈现局部非对称性,3种工况下首级叶轮均存在不同程度的射流-尾迹现象,且在小流量工况下叶片工作面处发现轴向旋涡.在此基础上于某厂试制了NTB型陶瓷多级模型泵,进行外特性试验,并将试验结果与模拟结果对比,发现试验结果与数值计算结果基本吻合,模型泵满足设计要求,NTB型陶瓷多级泵研制成功,同时,模拟结果可为今后的优化设计提供依据.     

三维数值模拟扩压管锥角对涡流管性能影响

为研究涡流管冷端扩压管锥角对其性能的影响,进一步优化涡流管的结构参数,基于SolidWorks建立三维模型,利用软件Fluent,采用Standard k-ε湍流模型模拟涡流管管内气体流场,得到锥角5°,10°,15°,20°下冷端管的压力、速度、温度云图,当锥角大于15°时,分离效率开始下降,且冷端出口温度随着锥角增...     

大型水泵装置全流道数值模拟与性能预测

采用计算流体动力学方法,对某大型混流泵装置进行了全流道数值模拟,对有泵与无泵进、出水流道的内部流动及水力损失进行了对比分析,实现了水泵装置性能预测．研究发现,水泵叶轮旋转和导叶出口剩余环量与进、出水流道的内部流场相互作用,进水流道的出口水流条件和出水流道的进口水流条件与单独计算时的假定有本质不同,对进、出水流道的水力损失和装置性能有显著的影响．在水泵装置中,进水流道的水力损失小于无水泵时的流道水力损失,在一定流量范围内,仍基本符合二次抛物线规律．与此相反,出水流道的水力损失远大于无水泵时的水力损失,在设计流量附近出现局部极小值,不再完全符合二次抛物线规律．数值计算结果得到了模型试验的验证．     

超低比转数多级离心泵水力优化与性能试验

为提高现有超低比转数多级离心泵水力性能,基于ANSYS CFX软件,对多级离心泵内部全流场定常流动进行数值模拟,通过定义叶轮、泵腔、导叶扬程及效率,分别分析叶轮、泵腔、导叶内能量转换与流动损失情况,得到影响多级离心泵性能的主要因素为叶轮与导叶的匹配,次要因素为叶轮内的流动损失.提出取导叶喉部进口绝对速度为叶轮出口绝对速度的1/2计算导叶喉部面积,并逐步优化设计一流道式导叶,通过调整叶片型线消除叶轮流道内旋涡.优化后的叶轮与导叶各处速度变化均匀缓慢,大大降低了流动损失.将性能较优的模型进行制造和测试,测试结果表明,优化后方案的额定工况下扬程提高8.1 m,效率提高3.2%,达到了国家标准,取得了较好的优化效果.将数值模拟结果与试验结果进行对比,分析二者的差异,为进一步优化改进超低比转数多级泵的水力设计方法提供参考.     

导叶叶片数及导叶相对位置对低扬程轴流泵装置性能的影响

为研究导叶叶片数及导叶相对位置对轴流泵装置性能的影响,设计了3个不同导叶数方案和4个不同导叶相对位置方案,采用计算流体动力学软件分别对每个模型在0.8Q_d~1.2Q_d之间的5个工况进行计算.根据数值计算结果,选择最优模型,即导叶数为5,叶轮出口距导叶距离为0.086D的泵装置模型进行能量特性试验,并将试验结果与数值计算结果进行对比分析.结果表明:当轴流泵叶轮叶片数一定时,增加导叶数,将使导叶水力损失增大,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;当叶轮叶片数和导叶数一定时,叶轮出口至导叶进口距离过大或过小时,将使导叶水力损失增大,导叶出口速度环量减小,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;试验结果与数值计算结果的误差在4%以内,验证了数值计算的可靠性、准确性.研究结果可为泵装置的导叶水力设计和效率提高提供一定参考.