鱼友好型轴流泵流场数值分析与汽蚀性能优化

为了提高鱼友好型设计造成的轴流泵汽蚀性能下降,通过实验对比验证了采用ANSYS CFX数值预测原型泵及鱼友好型泵汽蚀性能的可行性,得到经过鱼友好型设计后,原型泵许用空化余量(性能参数下降3%)数值计算结果由3.5 m增加到9 m,难以满足使用要求。通过分析鱼友好型泵的内部流场特性,揭示了轮毂处涡旋的产生机理以及叶片进口冲角过大的原因,由此设计出抑制涡旋产生、更加符合流动特性的叶片截面翼型,并修正部分设计参数。数值计算结果表明:优化后泵内部流场流动平稳,翼型头部液流过渡良好,没有局部速度增量产生,轮毂侧流动贴合叶片表面,在吸力面也没有产生涡旋,鱼友好型泵的装置许用空化余量预测值降低到3 m左右,完全满足原型泵的使用要求。     

汽车发动机冷却水泵的研究进展

冷却系统对汽车发动机性能具有重要的影响,发动机冷却水泵已成为国内外的研究热点.分析了离心式发动机冷却水泵的结构特点与能量特性,总结了制约汽车发动机冷却水泵发展的关键影响因素.由于发动机冷却水泵的空间结构受限、工作环境温度高、转速变化大,工作过程极易发生汽蚀破坏,严重影响发动机冷却水泵及冷却系统的可靠及稳定运行,易出现轴承损坏、水封失效、振动噪声等问题.从发动机冷却水泵水力性能、汽蚀性能以及可靠性等3个方面综述了近年来国内外研究取得的相关成果,对发动机冷却水泵技术研究的发展和趋势进行了展望,提出未来需要进一步深入研究的内容和方向:基于PIV技术研究发动机冷却水泵内部流动规律,建立泵内流特征和外特性之间的关系;掌握发动机冷却水泵热力学效应下的汽蚀机理,探讨汽蚀诱导压力脉动的危害,进一步提高发动机冷却水泵的性能和可靠性;注重发动机冷却水泵零部件的标准化、模块化和系列化开发,构建“互联网+汽车水泵标准件”的发展模式,实现发动机冷却水泵智能、可控、高效运行.     

诱导轮偏转角对离心泵叶轮空化性能的影响

为了阐明诱导轮偏转角对离心泵叶轮空化性能的影响,改善离心泵的空化性能,找到最佳周向位置,基于均相流假设,采用IDM空化模型与RNG k-ε湍流模型,先选取诱导轮偏转角分别为0°,10°,20°,30°,40°,50°共6种方案,对离心泵外特性及诱导轮和叶轮空化性能进行数值模拟和试验对比,得到不同方案下离心泵的性能数据.计算得到的NPSHR曲线与试验数据吻合较好,验证了计算方法的准确性;基于数值模拟结果,分析了不同偏转角下诱导轮与叶轮内气泡分布规律,发现不同偏转角下诱导轮和叶轮内空化发展过程及气泡发展规律基本相同,但偏转角为10°时气泡发展速度较慢、各空化阶段分布面积较小,进一步选择5°和15°偏转角进行计算分析,得到更精确的结论,即诱导轮偏转角为5°时离心泵的综合水力性能最优.     

离心泵进口回流诱导的空化特性

为了研究离心泵进口回流的空化特性,以IS65-50-160型离心泵为研究对象,首先选取CFX,Fluent和PumpLinx这3种模拟软件,应用标准k-ε模型,进行了网格无关性分析;其次,搭建了可用于外特性试验的开式试验台,将3种软件的外特性模拟值与试验值进行对比,分析3种软件在各工况下数值模拟的精确度;最后采用误差最小的模拟软件进行后续的空化和压力脉动数值模拟.结果表明:与其他2种数值模拟软件相比,CFX软件对小流量工况的模拟较为准确;由于回流的排挤作用加剧了主流区空化的发生;回流旋涡空泡的初生处于非附着状态,随着空化数的降低,最终附着在叶片上;回流旋涡空泡的发展和溃灭使得泵的特性曲线在急剧下降前出现了一段缓慢上升的趋势;在回流旋涡发生时,在叶轮进口以及叶片进口均出现了频率为9.7 Hz的低频脉动.     

文丘里施肥器空化过程高速摄像分析

针对文丘里施肥器运行中喉部负压越低,吸肥流量越大,但负压过低易出现空化,严重时会磨损内部流道表面,最终影响吸肥流量和微灌系统的施肥均匀性这一问题,采用高速摄像技术拍摄1.5"文丘里施肥器工作过程的内部流动,分析空化与进口压力和进出口压差的关系,以及空化对吸肥性能的影响.结果表明:空化首先发生在文丘里施肥器的收缩段和喉部连接处.随着进出口压差的增大,空化程度逐渐加剧,空泡由喉部延伸至扩散段,同时吸肥流量的增长速度逐渐降低,直至压差增大至某值发生临界空化后,吸肥流量不再增大.喉部吸肥流量增大会对工作流体产生冲击,引起扩散段内的空泡向上方聚集,产生非均匀分布,此外扩散段后半段出现明显回流现象,引起空泡周期性脱落.     

射流水冷结构对离心泵性能影响的试验研究

与风冷系统对离心泵电动机进行散热相比,采用水冷系统能降低离心泵机组运行过程中电动机的噪声.为模拟水冷电动机冷却水的循环过程,设计了一种引射流装置,测试了去除电动机风扇前后离心泵机组在不同流量下噪声变化情况,研究了引射管径分别为6 mm和10 mm情况下离心泵的能量性能及空化特性.结果表明:相比较于风冷电动机,去除电动机风扇后泵机组随流量变化的系统噪声至少降低8.70 dB;引射管径为6 mm时能满足电动机的散热需要,对泵的性能和空化特性影响不大,并且在小流量工况下有改善泵驼峰的趋势;引射管径为10 mm时,泵的能量性能和空化特性变化较大,且在大流量工况下下降明显,这主要是由于引射管径太大,加大了泵的泄漏量,增加了其容积损失;引射管径为10 mm时,流量在0~15 m³/h范围内,泵扬程略有上升,关死点扬程提高了0.30 m.     

三维平行微间隙流场数值模拟

为了研究上游泵送机械密封微间隙流体动压效应,将螺旋槽端面微间隙简化为三维直槽端面平行微间隙以排除泵送效应的影响.据此,建立了平底槽、渐扩台阶槽和渐缩台阶槽的平行微间隙液膜几何模型和计算模型,分别在槽板移动和平板移动的情况下针对不同移动速度和不同槽深进行流场数值模拟和开启力计算研究.研究表明：在文中研究参数范围内,无论是平底槽还是台阶槽,液膜收敛区出现高压,液膜发散区出现低压;液膜空化前,无论是槽板移动还是平板移动,平底槽微间隙开启力大小与平移速度、槽深、板间隙大小无关;液膜空化后,平底槽和台阶槽液膜开启力均随平移速度的增大或板间隙的减小而明显增大,但在同等条件下,槽板平移产生的开启力大于平板平移,且槽板平移时加大槽深能增大开启力,渐扩台阶槽平行微间隙能产生更大的开启力.     

高扬程大流量离心泵CFD水力优化设计

选哈电A934模型叶轮作为对象叶轮,以预定的泵扬程流量特性(H-Q)为目标参数,在保证出口角不变的情况下,将对象叶轮出口直径延拓到目标叶轮直径,形成待优化的目标叶轮．使用CFX-TASCFlow软件进行改型设计,针对干河泵站最大扬程、最小扬程以及设计扬程对应的工况点,优化叶轮的轴面形状、叶片数量、叶片翼型以及进出口安放角等参数,直至CFD预测的H-Q特性接近或达到预期的目标,获得满足目标参数的目标叶轮．在此基础上,使用Ansys CFX对目标叶轮进行全通道水力设计,优化流道几何参数,匹配进水管、固定导叶以及蜗壳的几何形状,改善泵进出口区域的流场特性．在哈尔滨电机厂有限责任公司高水头试验II台上进行的模型试验表明,基于CFD技术开发的新型高扬程大流量离心泵在高海拔地区复杂工况条件下,扬程、流量、效率、空化性能等指标均达到了预定的设计目标．     

诱导轮内部液氢空化流动特性

为了研究以液氢作为流动介质的诱导轮的空化特性,采用数值模拟方法分别计算了诱导轮内部液氢和水的空化流动.计算中采用一种基于Kubota模型自开发的且考虑热力学效应影响的空化模型,湍流模型采用SST k-ω双方程模型,计算模型和方法通过试验进行了验证.通过对比计算,获得了2种介质在不同空化条件下诱导轮内部的空化流场,分析了2种介质下诱导轮的能量性能和空化性能.结果表明:修正的Kubota空化模型能够很好地模拟考虑空化热力学效应的诱导轮内部液氢的空化特性;相比水体而言,液氢为流动介质时诱导轮扬程有所提高,临界空化数变小,空化区域减小,这是由于介质特性特别是热力学效应的影响;以液氢为介质时,诱导轮的空化性能相对于水介质将有明显的改善,初生空化数将减小.     

基于CFD的混流泵空化特性研究

应用剪切应力输运(SST)湍流模型和基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型,求解雷诺时均Navier-Stokes方程,对某混流泵在设计工况时的流场进行数值模拟.根据计算结果获取了泵的扬程衰减曲线,捕捉到泵内空化的发生、发展过程,对轻微空化、临界空化和严重空化3种工况下叶轮内空泡体积分布特性做对比分析.模拟结果表明:该泵空化性能满足设计要求;叶轮内空泡最初发生在叶片吸力面进水边靠近轮缘处,该空泡区随汽蚀余量降低逐渐向轮毂方向和叶轮出口方向延伸;轮缘空泡初生于叶片进水边,沿着叶缘翼型逐渐发展成一条长带;轮毂空泡集中于叶根翼型尾部,轮毂空泡体积分数明显大于轮缘;叶片各通道间空泡分布相似,严重空化时空泡造成叶片通道严重阻塞致使泵扬程急剧下降.