基于CFD方法的立轴泵肘形进水流道优化研究

本文基于CFD建立数学模型对立轴泵肘形进水流道进行数值模拟,采用全隐式多重网格把连续性方程和动量方程进行耦合求解流场,引入代数多重网格技术,提高求解稳定性和计算速度,通过方案必选确定了进口水流流线均匀、水力损失小的肘形流道参数,保证了出口流场稳定,避免出口气蚀,影响水泵综合效率。     

喷水推进器进水流道倾角与流动性能关系研究

对某平进口式喷水推进器进水流道,在其纵向总长度、宽、高给定的条件下,建立了倾角不同的6种流道模型.采用RNG k-ε湍流模型封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,并考虑进口速比IVR(流道出口速度与航速之比)对流道流场的影响,得到了进水流道内部流场特征.从流道的出流均匀性、空化、流动分离和变工况的适用性4个方面提供定性和定量指标用以分析流道倾角在不同进速比工况下的水力性能情况,为喷水推进器进水流道倾角的优化设计提供依据.分析结果表明,该型推进器在流道倾角等于40°时各方面性能都较好.     

对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析

在喷水推进器运行时,不考虑改变喷口直径以及转向装置,只有转速以及航速变化对喷水推进器内部流动产生影响.基于计算流体力学方法,以对旋轴流式喷水推进器为对象,并在进水流道底部加入计算所需流场控制体.使用SST湍流模型,对喷水推进器进行相同转速不同航速、相同航速不同转速下的全流道数值模拟,得到首级叶轮进口处、首次级叶轮轴向间隙、次级叶轮出口处和喷口处截面速度与压力分布,从而分析比较推进泵转速以及推进器航速对喷水推进器内部流场的影响.结果表明:航行速度对喷水推进器内部尤其是首级叶轮前后流动产生显著影响,流道内速度变化较大;首级叶轮进口处底部速度最大且对后续流动有影响;在航速不变时,速度分布基本相同,仅在数值上有所变化,单独改变转速并未对喷水推进器内部流动产生较大影响,增加转速使得推进器内部流动趋于稳定;流体流经次级叶轮后,速度与压力分布具有规律性,推进器航速及喷泵转速均不会对其产生较大影响.     

关于水泵进口流场均匀装置的研究

针对水泵进口流场的不均匀性,设计3种流场均匀装置。数值仿真和试验研究表明,矩形格栅式的流阻系数是导流体式和同心圆式均匀装置的3倍以上,截面轴向速度角是影响流场均匀性最主要的因素,3种流场装置均能够明显增加进口截面的轴向速度角。导流体1D在进流状态较差时,能够有效的降低水泵出口叶频线谱,且在水泵进流状态较好时无明显恶化进流流场现象,具有较广的适用范围。     

船舶喷水推进器进水流道效率的数值计算

根据第21届、23届及24届ITTC关于喷水推进器能量公式的不同定义分别推导了进水流道效率的3种计算公式。在保持总流量不变的条件下,用满足最小偏差量的半椭圆来拟合进流面的形状,以CFD为工具对进水流道效率进行数值计算。对比分析7个不同进流面位置的计算结果,证明了进流面选在进口前1倍叶轮直径处是实用而合理的。研究结果表明,包含动能、压能、势能的进水流道效率公式最为合理,包含动能和压能的公式在CFD计算时可以作为流道效率的简化公式;重力对流道效率的计算值没有影响;由简化公式得到的计算方法可以大大减少计算量。     

关于水泵进口流场均匀装置的研究

针对水泵进口流场的不均匀性,设计3种流场均匀装置.数值仿真和试验研究表明,矩形格栅式的流阻系数是导流体式和同心圆式均匀装置的3倍以上,截面轴向速度角是影响流场均匀性最主要的因素,3种流场装置均能够明显增加进口截面的轴向速度角.导流体1D在进流状态较差时,能够有效的降低水泵出口叶频线谱,且在水泵进流状态较好时无明显恶化进流流场现象,具有较广的适用范围.     

基于流道倾角对喷水推进泵流道性能的影响研究

利用参数化方法设计了4种不同流道倾角的喷水推进泵椭圆形进水流道,并采用三维雷诺平均NS方程和RNGκ-ε湍流模型对其流场和性能进行数值仿真。从流道的出流均匀性、流动分离方面来分析在保持进口速比不变,不同流道倾角时流道内流场的变化情况,为喷水推进器进水流道倾角的设计提供依据。计算结果表明:流道倾角对喷水推进泵水力性能和流场变化影响较大。在设定进速比的条件下,随着流道倾角的增大,喷水推进泵流道出口的流场均匀性变差,流道内部更容易发生流动分离现象,且在流道倾角为47°时的喷水推进泵在设计工况下的流场特性最差。     

基于流道倾角对喷水推进泵流道性能的影响研究

利用参数化方法设计了4种不同流道倾角的喷水推进泵椭圆形进水流道,并采用三维雷诺平均N-S方程和RNGκ-ε湍流模型对其流场和性能进行数值仿真.从流道的出流均匀性、流动分离方面来分析在保持进口速比不变,不同流道倾角时流道内流场的变化情况,为喷水推进器进水流道倾角的设计提供依据.计算结果表明:流道倾角对喷水推进泵水力性能和流场变化影响较大.在设定进速比的条件下,随着流道倾角的增大,喷水推进泵流道出口的流场均匀性变差,流道内部更容易发生流动分离现象,且在流道倾角为47°时的喷水推进泵在设计工况下的流场特性最差.     

喷水推进器水动力性能分析与优化设计研究

针对国内某喷水推进游艇进水流道和导叶叶片水动力性能不理想的问题,应用优化设计和计算流体方法对其进行改进。为满足数值计算所需要的船底边界层对进水流道和喷泵的影响,界定喷水推进器流场控制体,联合采用四面体非结构化网格和六面体结构化网格对所有区域进行离散,选择剪切应力输运湍流模型,采用稳态多参考系方法计算求解系统流场。将喷泵、进水流道、格栅和船底组合一起并通过壁面积分法计算在70~90 km/h航速时产生的有效推力。结果表明,导叶叶片和进水流道通过优化设计后,喷水推进器的推力效率提高,产生的推力明显大于原设计。     

不同工况下喷水推进泵内流性能研究

为研究不同工况下喷水推进泵的内流性能,以轴流式喷水推进泵为研究对象,运用Ansys18.2流体计算软件模拟了不同转速和不同航速下喷水推进泵内的内流场,分析了喷水推进泵的转速和航速变化对其能量特性和内部流动的影响.数值计算结果表明:喷水推进泵的推力与航速呈负相关,与转速呈正相关;随着船舶航速的增大,喷水推进泵进水流道内的流速逐渐增大,叶轮进口速度的高速区面积有所增大,导叶出口速度分布的周期性逐渐减弱;随着转速的增加,叶轮进口处更容易发生空化,导叶出口压力上升,速度增大;喷水推进泵进水流道的唇部区域存在小范围的高压区,且航速越高,转速越低,该区域面积越大.     

新型竖直轴海洋能发电设备叶片的优化与仿真

为深入了解新型竖直轴海洋能发电设备的性能,对其叶片结构的流场特性和设备在流场中的动力收集特性进行仿真研究.建立不同结构叶片和不同数量叶片的二维模型,通过仿真计算,得到不同结构叶片的流场状态,以及叶片数分别为3、4和6时设备的合力和转矩大小.研究结果表明:在矩形叶片上开长方形孔能明显改善叶片后方的涡流,提高叶片的性能;当入口速度不变时,设备所受合力和转矩会随叶片数量的增加而增大;当叶片数量不变时,设备所受合力和转矩会随入口速度的增加而增大.研究结果可为新型竖直轴海洋能发电设备的结构设计与优化提供参考.     

自流冷却系统引水装置水力性能研究

为提出先进船舶自流冷却系统引水装置的定量设计原则，参照水泵性能描述方法，提出自流扬程的概念，用自流扬程和附加阻力描述引水装置水力性能。基于伯努利方程和边界层方程的计算分析表明，为提高自流扬程，引水装置吸入口应垂直于来流且高于边界层厚度。基于冲量定理进行计算分析并结合三维仿真计算结果表明，为平衡自流能力和附加阻力，引水装置的入口流速与航速之比宜设计在一定区间内。实船计算结果验证了本文设计方法的正确性。     

新型高效扭曲叶片的叶轮研制

针对原泥泵叶轮采用柱形叶片,导致过流通道较小、泥泵效率低的问题,在不改变叶轮外形尺寸的前提下,设计一款扭曲叶片的三叶片叶轮,对不同叶片数的叶轮输送清水和泥浆进行水力特性试验,分析泥泵的清水特性和泥浆特性,并且将两款不同叶轮的性能进行对比。结果表明,新开发的扭曲叶片的叶轮最大过流通道的直径增加了40%,泥泵效率提高了10%。研究成果可为类似工程提供参考。     

基于PumpLinx的鱼雷齿轮泵内部流场及流量特性的仿真分析

为研究转速与流体介质对齿轮泵性能的影响,运用PumpLinx软件对齿轮泵内部流场及其流量进行瞬态仿真分析,并与试验数据进行对比,分析转速与流体介质对齿轮泵内部压力场及输出特性的影响。数值结果表明:齿轮泵平均流量与试验数据吻合较好,入口流量随时间呈锯齿状波动,出口流量则呈波浪状的较小波动,而且流量脉动率随转速的增大而减小;齿轮泵内压力从低压腔呈阶梯状向高压腔过渡,且入口易因超低压而出现空化现象,导致其压力脉动率高于出口。此外,流体介质为水时的流量脉动率略低于油。研究结果为降低鱼雷齿轮泵的振动和噪声等危害提供了理论指导。     

基于CAD2AME的飞机液压系统流阻计算方法

飞机液压系统包含泵源系统、管路系统、附件和用户系统,飞机管路系统是飞机泵源和用户之间的纽带,液压管路流阻特性决定了用户系统入口的压力和流量,影响用户动静态响应性能,特别是对一些伺服作动系统。传统流阻特性计算方法主要针对稳态工况计算,难以实现动态响应计算,且对工作人员要求高、计算工作量大。随着全三维设计应用于飞机液压管路系统设计制造,为基于计算机的流阻特性仿真分析提供了可能。本文介绍和对比了三种计算方法,选取了较优的CAD2AME方法对某飞机局部液压管路系统流阻特性进行仿真分析,证明该方法可快速准确的对飞机液压管路进行分析。     

离心泵水动力噪声计算方法研究

离心泵作为舰船重要的流体机械,也是管路系统中主要噪声源之一。泵内流动诱发噪声的计算难点在于流噪声声源的准确模拟和边界条件的确定。文中采用CFD方法计算泵内流场并根据FW-H方程提取叶轮转动偶极子声源和蜗壳内表面偶极子声源;基于管道测试技术获得泵进出口边界条件,建立了以蜗壳为界的边界元模型,考虑了蜗壳对声传播的散射作用。通过内域声学直接边界元方法求解泵内声场,建立了离心泵水动力噪声的计算方法。通过试验测试对建立的计算方法进行了验证。计算分析表明:离心泵内主要噪声源为蜗壳表面偶极子声源;泵出口噪声大于入口,具有偶极子声源特性。     

喷水推进泵空化性能数值模拟与试验验证

为研究喷水推进泵空化性能,采用计算流体力学(CFD)方法对自行设计的喷水推进泵内部空化流场进行了数值计算与分析。用六面体结构化网格对喷水推进泵的进流管道、叶轮、导叶体和出流管道进行网格划分;通过求解由SST湍流模型封闭的RANS方程计算得到喷水推进泵内部流场,计算得到的扬程、功率和效率特性曲线与试验结果吻合较好。文中还对多个流量的空化性能进行了数值预报,计算结果与试验数据在趋势上具有一致性;小流量工况的临界净正吸头与试验值误差较小,而大流量工况的临界净正吸头与试验值误差较大。研究结果表明:采用CFD方法预报喷水推进泵内部空化流场和空化性能是可行的,可作为喷水推进泵优化设计的有效途径。     

水环真空泵内部气液两相流动的数值分析

文章采用CFD软件,利用VOF气液两相流动模型,滑移网格技术和二阶精度迎风格式数值研究了水环真空泵的泵壳内的三维两相流动特性。文中给出了计算结果的三维两相分界面,速度矢量和静压等值线分布的分析,结果与经典理论分析结论一致,验证了本文数值计算方法的可靠性。本文工作为理解和掌握水环真空泵内部真实流动特性和提高水环真空泵的效率提供理论依据和数据参考。     

泵站水锤防护

文章以东江泵站为例,针对泵站运行中可能出现的水锤问题进行了理论分析,并提出了相应防护策略,以期为泵站的安全经济运行提供参考.     

喷水推进混流泵流体动力性能的CFD研究

采用CFD方法研究KaMeWa公司的某型喷水推进混流泵的流体动力性能,并分析其内部流场特性。通过几何建模,将泵划分为进口、叶轮、导叶体和喷口四部分。分别采用结构化网格离散计算区域。应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。预报其功率、扬程、效率等特性,将泵功率的计算结果与该泵厂家试验数据进行比较,误差在2%以内。说明本研究采用的CFD方法预报该泵的流体动力性能真实可信。根据计算结果,对内流场的流线和叶片表面的压力分布做了详细分析。