长短叶片叶轮双吸离心泵径向力数值仿真

将1200S56型单级双吸离心泵原型叶轮改型为长短叶片复合叶轮,以该改型双吸长短叶片复合叶轮离心泵为研究对象,基于CFD理论对该离心泵内部流场进行数值仿真。通过改变边界条件获得不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压、速度分布。采用叶轮出口压力法分析该离心泵在不同工况下的径向力,并与原型叶轮离心泵径向力分析结果对比。结果表明:采用长短叶片复合叶轮使叶轮出口的静压力及绝对速度变大,增加了离心泵的扬程,有效的提高了泵的整体水力性能;短叶片的增加使该泵径向力的最小值点向大流量偏移,出现在1.2倍额定流量工况,最小值由原型叶轮的5574N减小到1494N;采用长短叶片复合叶轮改善了泵在大流量工况下的径向受力情况。     

长短叶片离心泵的三维湍流数值模拟研究

采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟长短叶片离心泵内流场,对比分析数值模拟计算和试验测得的水泵流量-扬程和流量-效率特性曲线;对小流量、设计流量和大流量3种工况下的数值模拟计算与PIV测量获得的内流场进行分析研究;给出叶轮出口相对液流角及出口相对速度沿叶轮周向的分布情况;结果表明,在相同流量下数值模拟计算的扬程要大于由实验测量获得的扬程,且随着流量的增大,两者之间的差异呈增大的趋势;在相同工况下,相对速度矢量方向以及叶槽内的流态基本吻合.     

非设计工况下斜流泵叶轮进出口环量变化分析

基于RNG k-ε湍流模型对斜流泵内部三维流场进行了数值计算,重点针对非设计工况下的斜流泵叶轮进出口环量分布特征进行了分析。研究结果显示,在设计点附近的叶轮进口环量受叶片进口边影响较大,不同采样线的环量分布具有一定差异,小流量工况下受到叶轮进口回流的影响,不同采样线的环量分布趋于一致。叶轮出口环量分布受采样线位置影响较小,在设计流量点时,叶轮出口呈等环量分布。在小流量工况点,受到叶轮出口回流的影响,叶轮出口外缘处的环量数值显著增大。通过研究还发现,从叶轮出口流道通过轮毂一侧回流进入叶轮的流体微团具有与叶轮旋转方向相反的圆周速度分量,其环量数值甚至低于同工况下的叶轮进口环量值。     

液下泵内三维湍流流动的数值模拟

为研究泵内三维湍流场,以FY型液下泵为研究对象,基于Reynolds时均化的方程和标准的两方程湍流模型,采用多重参考坐标系法,对单级液下泵包括进水室、叶轮及压水室的三维湍流场进行了耦合计算.得到液下泵叶轮内静压、相对速度沿叶片表面的变化规律以及压水室内静压、速度分布.计算结果表明,叶轮各叶片间流道内相对速度沿叶片工作面先减小后增大,沿叶片背面先增大后减小;叶轮内流速及压力等分布不对称;隔舌附近静压分布存在较大梯度;压水室出口段处速度分布不均匀以及压水室内的流体以涡旋的形式向出口推进.此数值计算结果对液下泵的水力设计或改型优化设计等研究具有指导意义.     

带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的PIV测量与数值模拟

用PIV技术和工程上广泛应用的k-ε标准两方程模型,对不同工况带分流叶片的离心式水泵叶轮内部流场进行了测量和计算模拟。通过试验测试和模拟计算,获得了不同工况下叶轮内的流速分布规律,揭示了叶轮内流动的非对称性、长叶片吸力面进口附近有回流、各种工况下分流叶片前缘入口稍后吸力侧均存在一个高流速区、分流叶片改善出口速度分布、随着流量增加叶轮内相对速度的大小增大明显等对带分流叶片离心泵性能有直接影响的多种流动现象。     

复合叶轮离心泵的全三维湍流数值模拟

本文使用FLUENT软件选用多重参考坐标系及标准κ-ε湍流模型，模拟计算具有长短叶片叶轮的离心泵的全三维流场，计算包括吸入管、叶轮、泵壳及出水管在内的整个离心泵系统。计算结果显示。在叶轮的大部分长短叶片的通道内，射流区偏向于叶片背面，尾迹区则位于叶片工作面出口附近。泵叶轮各通道的流量、流速及压力等流动参数的分布表现出明显的非对称性，流动参数的数值大小与叶轮、泵壳的相对位置密切相关。本文还将泵性能的预测值与实测值作了对比以验证计算结果。     

基于CFX的长短叶片双切割排污泵数值模拟研究

为解决污水处理用排污泵叶轮易缠绕、易堵塞、效率低等问题,设计一款叶片前伸式叶轮,可同时具备防缠绕堵塞和良好的水力性能。利用CFD软件(ANSYS CFX 17.0)对有无短叶片的双切割泵进行定常数值模拟计算,对小流量、设计流量和大流量3种工况下的数值模拟计算获得的叶轮中间截面相对速度和静压分布云图进行分析研究,揭示其内部流动的主要不同特征,为设计长短叶片双切割泵提供一定的参考价值。     

叶片包角对可逆式泵性能影响的数值研究

为了有效利用能源,将泵在透平工况下运行回收高压液体能量,是节能技术的研究方向之一。叶片包角是可逆式泵设计时的主要参数之一。以比转速72的离心泵为研究对象,分别对不同叶片包角的叶轮进行了泵和透平工况的全流场数值研究。研究结果表明:对于可逆式泵,存在最佳叶片包角使泵的效率最高。随着叶片包角的增大,泵工况下的流量扬程曲线更加陡峭,轴功率逐渐减小;透平工况下的扬程、轴功率逐渐增加,流量扬程,流量轴功率特性曲线越来越陡峭。流场分析结果表明,叶片包角的增加,有效的改善了叶轮内部流场分布,使泵内部的流场分布更加均匀,研究结果对于可逆式泵的设计具有一定的指导意义。     

漂浮取水泵内部流场的数值模拟及性能试验

为了研究漂浮取水泵内部流场分布规律,基于Pro/E建立了内部流场模型,利用FLUENT对内部流场进行了数值模拟,得到了压力、速度分布规律以及外特性曲线,并结合性能试验,对数值模拟进行了验证。结果表明:漂浮取水泵存在无过载的功率曲线及高效区较宽的效率曲线;叶片旋转中心受静压较边缘低;旋转叶片速度较大;在额定流量工况下,叶轮具有较均匀的速度和流场分布规律;性能试验验证了数值模拟的正确性。研究结果为掌握泵的内部流场分布规律、改善泵的水力特性、提高泵的效率提供一定参考。     

流体机械离心叶轮出口流场控制技术研究

流体机械离心叶轮的内部流场复杂,其内部出现的二次流会导致叶轮出口的压力和速度分布不均匀,致使叶轮效率降低,同时恶化后续元件的进口流场,使整机性能下降。本文提出了一种优化离心叶轮出口流场的新技术叶片后段开孔法;并以9-19离心风机为算例,探索此法提高整机效率和压力的可行性。数值计算结果表明,叶片后段开孔法将离心风机设计流量和小流量区的效率提高了1%-2％,同时压力也略有提高,效果明显。流场分析表明,叶片后段开孔法可以有效改善叶轮的流场结构,减少了流动损失,提高了离心叶轮的效率。     

TWO-DIMENSIONAL PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY（PIV） MEASUREMENTS IN A TRANSPARENT CENTRIFUGAL PUMP

A special transparent centrifugal pump is designed. Detailed optical measurements of the flow inside the rotating passages of a five-bladed shroud centrifugal pump impeller have been performed by using two-dimensional particle image velocimetry (PIV). The flow is surveyed at three load conditions qV/Vd = 0.4, qV/qVd = 1.0, qVlqVd = 1.5, respectively. As a result, phase averaged PIV velocity vector maps on three planes between hub and shroud of the impeller are presented. At design load, the mean field of relative velocity is predominantly vane congruent, showing well-behaved flow without separation. The distributions of the relative velocity on different plane along the pump shaft are very different and there is always a low velocity zone near the pressure-side of the blade at both low and design flow rate, but the low-velocity-zone at the low flow rate is much larger than that at the design one. The study demonstrates that the PIV technique is efficient in providing reliable and detailed velocity data o     

基于OpenFOAM的导叶式离心泵数值模拟研究

针对目前有关OpenFOAM对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状,为了验证OpenFOAM开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性,分别对0.6Qd～1.4Qd流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳态和瞬态的数值计算.结果表明:OpenFOAM计算得到的外特性结果贴近试验数据,最...     

不同叶轮形式下离心泵整机非定常流场的数值研究

针对无短叶片、有长短叶片和短短叶片三种叶轮的离心泵,采用非定常CFD方法数值分析了设计工况点的整机全三维流场,讨论了不同叶片形式对水泵扬程、进出口压力波动及叶片表面和中央回转面内参数分布的影响。其中,与无短叶片情况相比较,详细分析了短叶片的有无和短叶片尺寸对泵内流场的影响;并对一个压力波动周期内,由于叶片和蜗舌相对位置不同内部流场的变化给出了相应的分析结果。从动力学角度对降低水泵的振动和噪声提供了有益的分析结果。     

基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

基于CFX采用数值模拟方法计算轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距S的变化对泵装置性能的影响。在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上,应用Navier-Stoke方程和标准k-ε湍流模型,通过对轴流泵全流道三维湍流数值模拟,求解了导叶出口处的速度场和压力场。分析了S=9mm,S=12mm,S=15mm 3种情况下,流量、扬程、功率和效率的关系,研究了轴流泵导叶进口边与叶轮叶片出口边的平行间距的变化对泵装置性能的影响。     

化工轴流泵的非均匀导叶布置

化工轴流泵的工作介质特性使其不便设置导轴承,导致泵转轴缩短,叶轮出口至弯管进口之间只有一段很短的垂直空间,在该空间采用常规导叶布置会恶化水力性能,而化工泵中通常不设置导叶的做法又会使叶轮出口圆周速度分量对应的能量在流道中逐渐损耗。为提高机组效率,采用计算流体力学(CFD)方法分析了均匀布置导叶时的流场特点,发现导致水力性能恶化的原因,提出非均匀导叶布置方案,并进行了数值模拟及对比。结果表明,合理的非均匀导叶布置方案能有效改善装置水力性能。     

导叶与隔舌相对位置对离心泵内外特性的影响

为研究导叶相对隔舌不同位置对离心泵性能的影响,采用CFD计算方法对离心泵导叶与隔舌不同夹角进行数值计算。对导叶与隔舌夹角α从0⁴0°变化下离心泵外特性和内流场进行分析,结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大,扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势,20°附近达到扬程和效率的最大值;而在α增加的过程中,蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同,叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化;在隔舌附近,α为040°变化下离心泵外特性和内流场进行分析,结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大,扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势,20°附近达到扬程和效率的最大值;而在α增加的过程中,蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同,叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化;在隔舌附近,α为0⁴0°,导叶背面低速区减小并逐渐消失,而隔舌与导叶间低速区的变化规律与之相反。     

应用滑移网格技术分析多级离心泵的三维瞬态流动

运用滑移网格技术、三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的k-e湍流模型对工业中常用的D型多级节段式离心泵进行了全三维瞬态流场的数值模拟,分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题.滑移网格设置在多级离心泵叶轮出口与固定导叶入口之间的交互界面,对每个时间步求解流动方程.对任一个叶轮旋转周期内,分析叶轮径向力、静压等参数出现脉动信号频率与动、静叶片数的关系;分析静、动叶片间静压值沿周向的变化规律.该三维非稳态模拟结果可为多级离心泵的水力优化设计提供依据.     

3D Particle image velocimetry test of inner flow in a double blade pump impeller

The double blade pump is widely used in sewage treatment industry,however,the research on the internal flow characteristics of the double blade pump with particle image velocimetry(PIV) technology is very little at present.To reveal inner flow characteristics in double blade pump impeller under off-design and design conditions,inner flows in a double blade pump impeller,whose specific speed is 111,are measured under the five off-design conditions and design condition by using 3D PIV test technology.In order to ensure the accuracy of the 3D PIV test,the external trigger synchronization system which makes use of fiber optic and equivalent calibration method are applied.The 3D PIV relative velocity synthesis procedure is compiled by using Visual C++ 2005.Then absolute velocity distribution and relative velocity distribution in the double blade pump impeller are obtained.Test results show that vortex exists in each condition,but the location,size and velocity of vortex core are different.Average absolute velocity value of impeller outlet increases at first,then decreases,and then increases again with increase of flow rate.Again average relative velocity values under 0.4,0.8,and 1.2 design condition are higher than that under 1.0 design condition,while under 0.6 and 1.4 design condition it is lower.Under low flow rate conditions,radial vectors of absolute velocities at impeller outlet and blade inlet near the pump shaft decrease with increase of flow rate,while that of relative velocities at the suction side near the pump shaft decreases.Radial vectors of absolute velocities and relative velocities change slightly under the two large flow rate conditions.The research results can be applied to instruct the hydraulic optimization design of double blade pumps.     

Computational study on the performance improvement of axial-flow pump by inlet guide vanes at part loads

In order to investigate the influence of adjustable inlet guide vanes on the hydraulic performance of axial-flow pump and impeller, the axial-flow pump with different inlet guide vane adjustable angles was simulated based on the RNG k-ε turbulent model and Reynolds time-averaged equations. The multivariate non-linear regression prediction model was established about the effect of adjustable inlet guide vane on the hydraulic performance of axial-flow pump based on the numerical simulation. The performance curves of axial-flow pump with different inlet guide vane adjustable angles were obtained by calculation, showing that the performance curve shifts towards larger flow volume in case the guide vanes are turned from positive to negative angle. With the increase of inlet guide vane positive angle, the optimum operating of pump is closer to smaller operating condition, but the hydraulic efficiency of pump is lower. The larger the flow is, the larger the decreasing amplitude of pump efficiency is. With the decreases of inlet guide vane negative angle, the higher hydraulic efficiency of pump increases first then decreases. The inlet guide vane angle affects the axial velocity distribution of the blade trailing edge.