楔形槽对离心泵口环磨损的影响分析

采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的含沙水流进行了模拟,分析了楔形槽对口环附近泥沙浓度的影响,分析结果表明:口环附近流速较低,对泥沙颗粒的携带能力较弱,导致泥沙浓度较高,口环快速磨损;采用楔形槽可以提高邻近区域水流相对速度的径向分量,有效阻止泥沙颗粒在进入缝隙,降低了口环附近区域的泥沙浓度,减少口环的磨损,起到动态密封的效果;楔形槽增加了叶轮出口压力,水泵扬程得以提高。     

叶轮口环间隙对离心泵性能及流动特性的影响

为了研究不同叶轮口环间隙对离心泵性能及其流动特性的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,开展三维数值计算和试验.在传统口环间隙范围内选取2个不同的值(0.25 mm和0.50 mm)并选取一个大于常规范围的值(0.75 mm),通过对比各个间隙下离心泵的性能和前腔的流动特性,获得了前口环间隙对离心泵性能及流动特性的影响规律.结果表明:随着叶轮口环间隙的增大,离心泵扬程随之减小,效率也随之降低;口环间隙为0.50 mm时叶轮所受的径向力最大,其次是0.25 mm,0.75 mm时最小;随着口环间隙的增大,口环圆周截面的总压分布更加均匀,与前腔相接的部位总压下降,与叶轮进口相接的部位总压上升;受口环及叶轮前盖板所产生的离心力影响,前腔内流体的径向分速度随口环间隙的增大而增大,前腔轴截面的涡量也随之增大,流线的形状更加流畅规则.     

修锉叶片出口对离心泵内流场及叶轮强度的影响

当离心泵扬程略低于实际需求时,可以通过修锉叶片出口提高其水力性能.文中对单级单吸离心泵叶轮进行修锉,对比修锉前后试验发现,扬程、效率分别提高了9.8%和6.7%.同时采用CFX软件对该泵在设计工况下的全流场进行了非定常数值计算,对比分析了修锉前后内流场的变化.基于ANSYS Workbench平台,对叶轮进行单向流固耦合计算,分析了修锉叶片出口对叶轮强度的影响.结果表明:叶片出口修锉后,出口尾迹区的绝对速度增大且相对速度减小,导致扬程上升;修锉后叶片出口边的逆压力梯度明显减小,阻止了边界层的分离,减少了摩擦和分离损失,从而提高了效率;叶轮最大等效应力与修锉前相比,其差别随着相位的不同而不同;各相位下,修锉后的叶轮最大总变形均大于修锉前.研究结果为改善离心泵内流场提供了一种可靠的方法.     

粗糙度对离心泵泥沙磨损特性的影响分析

采用欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵抽送含沙水流的工况进行数值模拟,研究壁面粗糙度对泵水力性能以及叶片磨损状况的影响。结果表明:随着壁面粗糙度的增大,水泵的扬程、效率下降。叶片的粗糙度增大时,叶片磨损状况发生改变,叶片压力面的磨损强度降低,磨损严重的区域变小;叶片吸力面磨损加重,在叶片进口处磨损较强的区域增大;叶片压力面及吸力面受到轻度磨损的面积都增加。     

离心泵口环间隙附近的空化特性研究

为研究前口环间隙附近空化现象的成因,首先通过一系列无关性验证确保了包含口环间隙及泵腔的完整离心泵模型计算的可靠性,在此基础上进行空化条件下的非定常计算,预测了必需汽蚀余量工况下口环间隙附近的空化现象,结果表明:前口环间隙出口附近流动受叶轮旋转的影响,其静压呈周期性的非均匀分布,其频率为2.27倍转频,并于低压区发生空化,空化开始于以进口段中心为圆心,半径稍小于前口环间隙内侧与进口段流动交汇点半径的某处;前口环间隙出口附近的压力脉动受叶轮旋转及空化的影响而呈现2类频率,其一为叶频及其倍频,其二为空化周期性变化导致的低频,该频率为空化周期性变化频率的整数倍。     

口环间隙变化对高转速离心泵性能的影响

为了阐明口环间隙变化对高转速离心泵性能的影响,以一台转速n为38 500 r/min的离心泵为研究对象,基于泵几何参数,建立前、后口环间隙变化为0.01 mm的16种匹配方案,通过数值模拟方法预测了不同匹配方案下离心泵的性能.结果表明:当后口环间隙越小时,效率及轴功率对前口环间隙变化的敏感度越高;当前口环间隙越小时,效率及轴功率对后口环间隙变化的敏感度也越高;当前口环间隙一定时,随着后口环间隙的增大,扬程下降;当后口环间隙一定时,扬程随着前口环间隙的增大出现微小上升;无论是小间隙匹配还是大间隙匹配,前、后口环处泄漏量均随着流量的增大而减小;匹配的间隙值越大,对应模型的扬程及效率越低,功率越大,扬程随流量的变化越明显;口环内部水力阻力的形成主要是消耗了静压,液体通过口环后,其速度的变化并不明显;随着口环间隙的增大,在口环内同一位置处静压下降,动压上升.     

叶片包角对离心泵水力性能及磨损特性的影响

基于CFD-DEM耦合方法计算离心泵内固液两相的流动及过流部件的磨损,研究不同叶片包角时叶轮的平均磨损率、液相的速度分布、颗粒的运动、颗粒与壁面的接触次数和接触力.研究表明：随着包角的增大,扬程、效率和平均磨损率均先增大后减小;当包角为110°时,颗粒与壁面的接触力和接触次数最大,导致磨损最为严重,磨损严重区域在吸力面中间与前盖板的交界处;包角从90°增大到110°时,颗粒与过流部件壁面之间的接触次数逐渐增多,接触力逐渐增大,增大了离心泵磨损程度;包角从110°增大到160°时,聚集在吸力面中间位置的低速颗粒逐渐减少,导致颗粒与过流部件壁面之间的接触次数逐渐减少,接触力逐渐减小,从而减小了磨损严重的区域,减轻了离心泵磨损程度.     

变速调节对离心泵泥沙磨损特性的影响分析

采用欧拉-拉格朗日多相流模型对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,运用离散相冲击模型对叶片及轮毂的磨损情况进行了预测,分析了变速调节对离心泵泥沙磨损的影响。结果表明:设计工况下,叶轮磨损严重的位置主要集中在叶片头部以及轮毂面上靠近叶片吸力面的区域,叶片吸力面磨损强度大于压力面,数值模拟结果与现场观测结果相吻合;提高水泵转速后,叶轮流道中的相对流速分布变均匀,叶片和轮毂面的磨损明显改善,高强度磨损面积减小,磨损区域变分散。     

开式叶轮高速离心泵叶形对泵内流场的影响分析

采用多块贴体网格技术、壁面函数和S-A湍流模型,对开式辐射形叶轮、开式弧形叶轮结构的高速离心泵叶轮内部流场进行了数值模拟,并对模拟样机进行了试验研究。通过数值模拟与试验结果比较分析,得出该数值模拟结果与试验结果相符。证明了该数值模拟的方法可以较好地模拟离心泵叶轮内流场,揭示了不同叶形的叶轮内流场的变化规律。     

叶轮口环间隙对农用离心泵汽蚀性能的影响

通过对农用离心泵的汽蚀性能进行介绍,建立了离心泵汽蚀余量的理论计算方程,并分析了汽蚀余量与叶轮口环间隙大小之间的关系.在此基础上,选用RNG k-ε湍流模型,局部网格加密技术和有限体积算法对LZA50-3400离心泵在Fluent软件中进行数值模拟,探讨了在改变叶轮口环间隙大小情况下液体进口处流场的流态特征.通过流场比较分析可以看出,离心泵叶轮口环间隙越小,则过流面积越大.这有利于改善入口流态,所以汽蚀性能也就越好.最后,在试验机上对CFD模拟的结果进行试验检测,试验数据与数值模拟分析的结果基本一致,可靠的研究结论可以为农用离心泵口环结构的研究和设计提供一定的理论依据.     

离心泵内流场非对称性及受力的三维数值分析

使用Fluent软件模拟计算单级蜗壳式离心泵的全三维流场,发现泵叶轮内各通道的流量、流速及压力等分布有显著差别,流动呈现明显的非对称性及叶轮载荷不均。选用多重参考坐标系及标准kε湍流模型,计算了泵体受到的轴向力和径向力,结果表明因泵内流场非对称而产生较大的径向力。对泵性能的预测值与实测值作了对比,以验证计算结果。     

沙粒体积分数对离心泵磨损特性影响的数值分析

为了研究含沙水流条件下沙粒体积分数对离心泵磨损特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,基于离散相模型(DPM)和Finnie塑性冲蚀磨损模型,沙粒粒子注入选用R-R分布拟合方法,对一比转数为196的单级单吸离心泵内固液两相流动进行全三维数值模拟．通过对比清水介质时泵外特性试验数据与数值模拟结果,验证了数值计算方法的可靠性．研究结果表明:随着沙粒体积分数的增加,离心泵过流部件的磨损强度逐渐增大,且磨损部位主要集中在叶片进口边、叶片背面、叶片工作面靠近叶片出口的位置以及蜗壳的第2断面和第4断面附近;随着沙粒体积分数的增加,沙粒运动轨迹逐渐趋于紊乱,离心泵的扬程和效率逐渐降低．     

叶轮外径对离心泵内流影响的CFD分析

采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对6台离心泵在不同叶轮外径下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟.根据数值模拟结果对6台离心泵的能量性能进行了预测,并分析了叶轮外径变化对泵内部流场的影响.性能预测结果与切割定律计算结果的对比表明,随着叶轮外径的变化,泵扬程和轴功率的变化基本符合切割定律,但效率存在一定的波动.内部流场分析表明,叶轮外径变化对叶轮进口静压和总压分布的影响较小,对叶轮出口和蜗壳内静压及总压分布有着明显的影响;叶轮外径变化还对泵内尤其是蜗壳割舌附近的绝对速度分布有较大影响;当叶轮切割量大于4%后,蜗壳扩散段的流动分离现象就会逐渐消失.     

叶轮口环间隙对低比转速离心泵效率的影响

通过改变叶轮口环间隙的大小对不同叶片型式的低比转速离心泵进行试验。证明口环间隙对低比转速离心泵效率的影响与泵叶轮的叶片的型式无关．从能量守恒的角度出发,提出了一种考虑低比转速离心泵口环泄漏量的计算圆盘摩擦损失的方法,以此方法为基础,推导出以泄漏量为自变量的低比转速离心泵机械效率计算公式．最后联合离心泵水力效率和容积效率的计算公式综合分析得出,虽然机械损失随泄漏量增大而减小,但低比转速离心泵的总效率依然随叶轮口环间隙的增大而降低．     

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。     

前后盖板长度对离心泵外特性与非定常特性的影响

为了研究前后盖板保留长度对离心泵外特性以及非定常特性的影响,以一台比转速为80的离心泵为研究对象,在切削叶轮的叶片外径保持不变的情况下,对比了不同前后盖板直径(168、174和180 mm)对外特性、径向力和压力脉动的影响。通过对离心泵进行全流场非定常计算发现,各流量下扬程、效率均随前后盖板保留长度的增加而增大,扬程最大相差2.14 m,效率最大相差3.5%;在设计工况下,3种方案下的径向力呈周期性变化,矢量图呈五芒星分布,前后盖板保留得越多,径向力越大;由于叶轮与隔舌动静干涉的作用,蜗壳内各监测点压力脉动的主频均为叶频,随着叶轮与蜗壳间间隙的减小,隔舌处的压力脉动在叶频处基本保持不变,其倍频逐渐增大,第二断面的压力脉动系数幅值也逐渐增大。     

基于LDV的离心泵小流量工况内流场测量

为了研究离心泵中的脱流现象,利用二维激光多普勒测速仪对一低比转数带导叶扩压器离心泵叶轮在4种小流量工况下(0.75Qd,0.50Qd,0.40Qd和0.30Qd)的内部流动进行了精确测量.基于测量结果,得到了各种工况下测量点上的相平均速度场和湍流强度场.通过分析测量结果发现在工况0.75Qd下,叶轮内没有脱流发生.而在工况0.50Qd,0.40Qd和0.30Qd下,叶轮流道中呈现"两流道"脱流现象:相邻两个叶轮流道中的脱流大小和类型完全不同,但此时脱流呈现出120°的周期性,这可能与叶轮叶片数和扩压器导叶叶片数的比率(6∶9)有关.此外,对比分析了各种工况下各个速度分量和湍流强度的分布规律.结果显示:离心泵叶轮内的湍流强度随着流量的减小而增大.在离心泵叶轮出口附近,流量为0.75Qd时,最大湍流强度达到0.06(基于叶轮出口圆周速度u2);而对于工况0.50Qd,0.40Qd和0.30Qd,其最大湍流强度达到了0.12～0.14.     

多孔端面机械密封内流场的数值分析

为了研究由激光加工的多孔端面机械密封的内部流动问题,以被加工密封面的单个微凹腔作为模型,采用计算流体力学(CFD)软件求解N-S方程和k-ε方程,得出环两侧无压状态下的压力、速度和能量分布图,以及环两侧加压状态下单个微凹腔的动静压分布图,并对计算结果进行了分析.研究表明:合适的微孔尺寸可以产生流体动压效应,此时可产生液膜开启力;凹腔的动压分布受凹腔两侧压差的影响,动压分布的改变能够产生一定的液膜阻力,起到减缓泄漏的作用.研究结果为深入了解多孔端面机械密封动压效应的形成机理以及微凹腔的优化设计,提供理论参考.     

口环间隙对诱导轮离心泵空化流动和性能的影响

为了研究口环间隙对前置诱导轮离心泵空化性能的影响,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset方程均相流空化模型,以前置诱导轮离心泵为研究对象,选取口环间隙为0.15,0.25,0.40和0.60 mm这4种方案对其进行空化流动数值计算,并与试验结果对比分析.研究结果表明,口环间隙大小对诱导轮离心泵的外特性和空化性能影响较大,随着口环间隙的增大,总扬程效率和叶轮扬程效率均减小,与口环间隙为0.15 mm时相比,总扬程效率和叶轮扬程效率分别降低了0.60%和4.21%,效率分别下降了6.50%和9.32%;而口环间隙的增大使得诱导轮扬程和效率均增加,分别增大了29.86%和28.40%.另外,随着口环间隙的增大,空化性能曲线出现波动现象,间隙越大,波动越明显;离心泵主叶轮工作面靠近前盖板出现云状空泡分布,空化不稳定,间隙越大,空化越不稳定,临界空化数越大.经分析,引起空化不稳定性的因素可能有: 口环间隙出口处泄漏高压流体对主流的冲击;口环附近空化的发生以及诱导轮空化引起叶片出口液流角的变化.