离心泵叶轮进口前非定常流动研究

以一离心泵为对象,进行模型泵叶轮进口前非定常流动的PIV试验及数值模拟。基于PIV试验结果可知,在不同流量工况下,吸入管内均存在着较为强烈的预旋流动,预旋流的方向与叶轮旋转方向一致。且泵偏离设计流量工况越大、与叶轮距离越近,预旋流的绝对速度越大。同时,应用数值模拟的方法,详细分析了吸入管内部流场中涡线、压力脉动等的非定常变化,得出在小流量工况下,吸入管内非定常预旋流动将会引起与叶轮转频较为接近的压力脉动,从而对整个泵系统造成严重危害。     

诱导轮对离心泵空化性能影响数值分析

为了提髙诱导轮离心泵的空化性能和运行稳定性，阐明诱导轮对离心泵空化性能的影响规律，以某型船用凝水泵为研究对象，采用数值模拟手段预测前置诱导轮的空化性能，同时预测了多工况下叶轮的空化性能。数值模拟结果表明：在小流量工况和额定工况下，空化性能曲线基本一致；在大流量工况下，空化特性曲线波动相对比较严重，空化性能较差。     

离心泵口环间隙流动特性的数值模拟

[目的]在开展离心泵的结构设计和性能研究时,往往易忽略口环间隙的影响。口环间隙不仅将改变离心泵的外特性,还将影响其流场分布,故需深入分析离心泵口环间隙的流动特性。[方法]以某型中比转速的立式离心泵作为研究对象,采用ANSYS CFX开展仿真模拟,分析不同口环间隙(0,0.5,0.7,1.06 mm)对离心泵外特性、压力分布和速度分布的影响。[结果]结果表明:不同口环间隙下,离心泵外特性的仿真结果与实验数据基本一致,两者的相对误差小于5%(1.06 mm间隙除外),验证了数值仿真方法的可信度;随着口环间隙的增加,在设计工况下,离心泵的扬程约下降20%,效率约下降19%;小间隙处的叶轮前、后盖板局部压强有所增加,大间隙处的整体压强有所下降,叶轮盖板的径向压强呈不对称分布;口环间隙导致流体内部的湍流紊乱,而离心泵进口和出口处的压强和速度均呈现出不均匀的渐进梯度分布。[结论]研究成果可为离心泵的结构设计和流场特性分析提供参考。     

内射流对离心泵汽蚀性能和空化流动的影响

基于标准k-ε湍流模型,结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对比转速为69的离心泵进行数值模拟,揭示内射流结构对泵内部空化流动的影响机理,比较射流孔径对泵汽蚀性能的影响,分析内射流引起的空化泡形态分布和演变规律.结果表明:射流孔的存在导致泵叶轮流道在进口抽真空状态下更易发生空化,射流孔径越大,对流道中空化发展的影响越强烈;当射流孔直径为6 mm时,在0.8倍、1.2倍和1.4倍设计工况下,模型泵的临界空化余量分别增加17％、69％和5％.由于内射流的轴向速度较大,在剪切层形成局部低压区,其自身更易发生空化.当有效空化余量降低时,在小流量工况下,叶轮进口轴线附近率先出现螺旋型空化带,并逐渐转化为范围更大的空泡团;在大流量工况下,空化发展缓慢,仅发展出空化带结构.     

蜗壳截面形状对舰用离心泵性能特性的影响

为研究蜗壳截面形状对舰用离心泵性能的影响作为后续研究舰用离心泵噪声振动特性的理论依据，在蜗壳基圆、各断面面积、隔舌螺旋角、隔舌安放角和蜗壳出口面积相同的情况下，改变蜗壳截面形状，分别设计A型、B型和C型蜗壳。对3种蜗壳型式离心泵进行数值计算。结果表明，3种型式蜗壳离心泵的外特性变化趋势基本一致。小流量工况的A型蜗壳离心泵效率略小，大流量工况的B型和C型蜗壳离心泵效率小。随着流量的增大，B型和C型蜗壳离心泵效率下降幅度较大。3种型式蜗壳离心泵在相同工况条件下，压力场、速度场、湍动能和空化现象的变化趋势大致相同。3种型式蜗壳离心泵流场特性在隔舌流道和蜗壳流道处均不相同，表明改变蜗壳截面形状主要影响叶轮靠近隔舌流道和蜗壳流道内的流场。     

基于数值试验的喷水推进轴流泵的一体化设计

在给定流量、转速和扬程的设计指标下,综合分析和选取决定叶轮水动力性能的主要几何参数,采用升力法进行喷水推进轴流泵叶轮的水力设计。然后运用CFD方法对所设计轴流泵在设计点水动力性能进行数值模拟,计算结果表明:水力效率和扬程均满足设计要求。此基础上计算得到了该泵的扬程-流量、功率-流量、效率-流量特性曲线,进一步验证设计的合理性。最后将在设计工况下计算得到的水动力载荷导入有限元分析软件进行叶轮应力分析,校核了设计工况下叶片强度;同时,对叶轮进行模态分析,结果显示:所设计叶片固有频率远离轴频、叶频,能很好地避开叶轮共振。     

熵格子Boltzmann方法的亚格子尺度模型

熵格子Boltzmann方法对格子Boltzmann方法的改进使其具有稳定模拟高雷诺数湍流的潜力。尝试将大涡模拟的重整化群亚格子尺度湍流模型引入到熵格子Boltzmann方法中。同时建立基于熵格子Boltzmann方法的大涡模拟重整化群亚格子尺度模型及大涡模拟标准Smagorinsky亚格子尺度模型,进行高雷诺数湍流圆柱绕流场的模拟计算。结果表明:所建立的熵格子Boltzmann方法重整化群亚格子尺度模型能够有效模拟高雷诺数湍流流动,其对高雷诺数湍流的模拟计算结果略优于熵格子Boltzmann方法的大涡模拟标准Smagorinsky亚格子尺度模型。     

流固耦合技术在舰船离心泵转子的模态分析

离心泵通过叶轮的高速旋转使水产生离心力,是一种重要的能量转换装置。离心泵的结构紧凑,流量均匀,安装和维护方便,在航空宇航、船舶等工业领域应用广泛。舰船离心泵的运行工况恶劣,容易受到舰船振动等因素的干扰,同时,由于离心泵内部流体与叶轮之间存在复杂的相互作用力,离心泵叶轮很容易发生结构破坏。因此,研究舰船离心泵的流体动力学特性具有重要的意义。本文基于流固耦合技术,利用Ansys Workbench对舰船离心泵的转子进行模态分析,研究离心泵内部流场转子的动力学特性,并研究了离心泵转子的临界转速。该研究有助于提高离心泵转子的运行稳定性,延长离心泵转子的使用寿命。     

叶片厚度对混流泵性能的影响研究

采用高质量结构化网格离散混流泵计算域,基于雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(SST)湍流模型对混流泵内流场进行数值模拟.采用多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效率特性及叶轮进、出口的流场流动情况进行对比分析.结果表明:在相同流量下,随叶轮叶片厚度减薄,泵的扬程和功率增加,且最高效率点向大流量工况偏移,最高效率略有升高;叶轮叶片厚度减薄提高了流场流动均匀度,改善了叶片表面压力分布情况,使空化性能得以改善.     

半开式径向叶轮上游预旋流动研究

叶轮进口上游的预旋流动是影响流体机械水力及空化性能的重要因素,主要采用粒子成像测速（PIV）技术对半开式径向叶轮上游的预旋流动进行试验研究。通过对比不同转速和流量工况下的PIV试验结果,发现在叶轮上游吸入管内均存在与叶轮旋转方向一致的预旋流动,且偏离设计工况越远、距离叶轮越近、其预旋速度相应也越大。同时,叶轮旋转的影响还可通过流道向上游传播,继而在吸入管内诱导产生涡量场。因此,有必要基于RANS方程组及RNG k-ε湍流模型进行叶轮全流道三维湍流流场的数值模拟。结合试验和数值模拟的结果,可发现吸入管内部预旋流动主要为沿旋转方向的周向流动,而沿半径方向的径向流动很小,且径向速度在数值上要比周向速度小一个量级。     

熵格子Boltzmann方法的重整化群代数湍流模型

重整化群理论所建立的湍流模型能够最大程度地减小模型经验性,因此文章尝试将重整化群代数湍流模型引入到熵格子Boltzmann方法中,建立新型的计算模型以对高雷诺数湍流进行模拟研究。同时为了进行比较研究,还建立了熵格子Boltzmann方法的标准大涡模拟模型。完成了对高雷诺数湍流绕流场的模拟计算。结果表明:所建立的熵格子Boltzmann方法重整化群代数湍流模型能够有效地模拟高雷诺数湍流流动问题;其对紧贴壁面处较小尺度湍涡的模拟结果趋近于大涡模拟的结果;重整化群代数湍流模型在对高雷诺数湍流的模拟中表现出耗散模型的特征。     

微织结构与微气泡复合减阻数值模拟与特性分析

微气泡减阻可有效降低船体航行中的阻力,微织结构也是降低摩擦力的有效方法之一。采用微织结构与微气泡复合减阻的方法,通过数值模拟的方法研究水流速度、气泡流量和气泡尺寸对减阻率的影响。结果表明：复合减阻率随水流速度的增大而减小;气泡流量增大,减阻率逐渐增大,当壁面附近气泡达到饱和空气量时,减阻率达到最大值后不再随气泡流量的增加而增大;以微气泡直径20μm为界限,20μm以下,气泡尺寸的增大导致减阻率下降,而20μm以上,减阻率基本保持不变,不再随气泡尺寸增大而变化。     

叶片包角对矿浆泵磨损特性的影响

基于计算流体动力学与离散元耦合的方法,结合磨损模型,在不同叶片包角条件下对泵磨损特性进行模拟。结果表明,叶轮中磨损最严重的区域位于叶片的工作面出口处,压水室的磨损较轻;随着叶片包角增大,叶片工作面的磨损减缓,磨损最严重的位置逐渐远离叶片出口,压水室的磨损量下降。     

径向和轴向间隙对喷水推进轴流泵特性影响数值分析

采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型对不同叶轮间隙的喷水推进轴流泵流场及水力性能进行数值计算。计算中选取的相对径向间隙δ(径向间隙尺寸与叶轮直径之比)分别为0.2%,0.4%,0.6%和0.8%,选取的轴向间隙分别为10 mm,15 mm,20 mm和25 mm。计算结果表明:随着δ的增大,泵模型水力性能降低;当δ增大到0.6%时,小流量工况下泵模型的效率和扬程下降加快,设计工况下的叶片进口形成泄漏涡,泄漏损失增大;当轴向间隙增大到20 mm时,静叶吸力面出现分离螺旋点,易引发汽蚀,泵模型选用的轴向间隙为15 mm。     

深海采矿全流向试验设施造流仿真研究

为优化深海采矿试验设施造流区域流速分布，采用计算流体力学软件对试验设施的造流测试区进行了二维模拟。模拟结果显示：7台送水水泵，7台回水水泵的方式，能够在圆形试验设施中央10 m×10 m范围内形成0.25 m/s和0.05 m/s平均流速的测试区，并且两种工况下的湍流强度都可以控制在10%以下。通过研究可得出结论：采用中间流量稍小，两侧逐渐增大的造流方式，可在圆形试验区中央区域形成从0.05 m/s～0.25 m/s范围内的水流速度，均匀度可控制在±10%以内，且湍流度可控。     

大型船用轴流风机流场数值仿真及其气动噪声源特性研究

基于Realizable k-e双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某型船用轴流风机内部流场的仿真模型,分析了转速1460rpm时,不同工况下轴流风机出口压力和效率随流量的变化关系,深入研究了叶轮区域的气体流动的压力和速度的分布、形成过程及相互关系。分析发现,在叶片叶顶区域,由叶顶间隙涡形成的叶顶间隙噪声是该轴流风机的主要气动噪声源;湍流强度与声功率级具有较为一致的分布趋势,湍流强度是影响噪声分布的重要因素。研究结果对分析大型船用轴流风机气动噪声产生机理具有参考价值,并为降低其噪声提供依据。     

离心泵内二维流场的数值模拟

在AutoCAD中建立二维离心泵的几何模型,将模型转入GAMBIT进行网格划分,再利用Fluent数值模拟此离心泵内的二维流动。计算模拟结果显示出离心泵内的速度场、压力场和湍流强度等。采用标准的k-ε模型模拟得到的结果可真实反映离心泵内部的复杂流动,为离心泵的设计改良提供了可靠依据。     

200CBL—13船用立式串并联离心泵水力设计

1 概述200CBL-13船用立式串并联离心泵(见图1)是船舶的重要保安设备,在常规工况时能为船舶提供消防水,应急工况(破舱时)可用作舱室排水泵。其设计参数为:这种泵为立式两级串并联电动离心泵。消防工况时为串联状态,排水工况时为并联状态。其驱动电机为水冷式,冷却水(3～5m~3/h)由泵本身提供。泵的转子上相对地安装两个叶轮,泵的串并联工况转换是通过出口的串并联转换阀与进口的协调动作及特殊结构的泵体来实现的。串并联转换的工作原理简述如下:图2为串联工作状态:当泵出口处的滑阀B 转至“串联”位置时,滑阀使第一级压水室     

关于圆柱绕流水动力特性的大涡数值模拟研究

基于有限体积法建立描述不可压缩粘性流体三维运动的数学模型,引入浸入边界法的无滑移固定壁边界条件和大涡数值模拟的Smagorinsky．Lilly亚格子模型,针对层流（Re=100）和湍流（Re=3900）状态下的圆柱绕流流场进行数值模拟研究,验证结果表明该方法能较有效模拟非定常圆柱绕流流场的形态。在层流状态下圆柱体下游存在形态清晰的卡门涡街结构且无明显的掺混现象;在Re=3900的湍流状态下圆柱下游的掺混现象显著增强,圆柱下游约1．0D处的脉动强度达到最大值。     

离心泵实用技术基础（二）

4.离心泵主要参数的确定4.1离心泵流量和泵台数的确定 对离心泵流量的需求可以分为恒流量和变流量两种。所谓恒流量需求,就是泵的流量不随时间的延续而变化。在这种情况下,最好的方法是使泵的流量与需求流量相吻合或者相接近,而泵的运行工况应是最佳工况或接近最佳工况。当无法获得与需求流量相吻合的泵或者因某种原因不能或不宜采用与需求流量相吻合的泵时,可以采用流量为需求流量一半的两台泵或流量为需求流量三分之一的三台泵并联运行来实现输液。无论采用何种形式,都必须使泵的实际运行工况处在其特性曲线上的高效率区或允许工作范围内。所谓变流量需求,就是流量的需求量会随时间的延续而变化,比如高楼供水等。在离心泵的使用场合中,有相当一部分的使用场合对输液量的要求都是随时间而变化的。