双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究

为分析固液混合物对双流道输送泵性能的影响,采用平均粒径为10 mm和36 mm的固体颗粒对双流道泵在不同浓度和流量下开展输送固液两相介质的水力性能试验,并对泵的磨损进行分析。水力试验结果表明,在一定的流量下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,入口表压、出口表压、扬程及效率呈递减趋势。 与输送清水时比较,当输送固液两相介质时,随着流量的增大,轴功率上升较快,扬程的下降量在不同流量下几乎相同;效率曲线在不同流量下比输送清水时效率要低,差值随着流量的增大而增大。在同流量同浓度比工况下,泵的进出口压力、扬程和汽蚀性能在输送较大直径固体颗粒时,明显下降。通过对双流道泵磨损的分析表明,叶轮磨损部位主要在前盖板外缘、流道内偏前盖板的流道表面、压力面进口边,压力面的磨损区域呈三角形;泵体的磨损部位主要在周壁、隔舌及泵体口环处。本研究可为固液两相双流道离心泵的理论研究与设计应用提供试验依据。     

污水泵叶轮设计与性能特点漫谈

介绍污水泵的无叶片叶轮及双流道叶轮、双叶片叶轮的技术特点，与传统离心泵水力设计加以比较。分析国外新的技术成果，在叶轮防止固体颗粒和纤维堵塞方面，对双叶片无堵塞污水泵叶轮的设计提出了建议。     

离心泵叶轮内部液固两相湍流的数值模拟

为了深入了解离心泵叶轮内液固两相流流态，利用商用软件FLUENT6．2对叶轮内部不可压液固两相流动进行了数值模拟，获得了叶轮内的相对速度分布、压力分布以及固相浓度分布。研究结果表明。由于固体颗粒的存在将对液相相对速度场产生影响，造成泵输送液固两相流时的扬程比输送单相流时有所下降。     

螺旋式纸浆离心泵内部流动的数值模拟

为分析螺旋式纸浆离心泵内部流动状态，给优化过流部件结构的优化设计提供基础，采用CFD分析软件Fluent对螺旋式离心泵内部单相流动和固液两相流动进行了数值模拟。给出了螺旋式叶轮建模方法和流场分析方法，分析了泵内流体速度和压力的分布特性，并基于流动模拟结果预测了水力性能，单相输送条件下的计算结果与试验结果取得了较好的一致。通过对一定体积浓度和颗粒粒径下固液两相流的研究计算，分析了螺旋式离心泵叶片表面以及流道内的固液相分布状态，对螺旋式结构的优化具有一定的参考意义。     

固液两相离心泵内部非定常流动特性研究

为研究固液两相流离心泵内部的非定常流动特性,基于滑移网格方法,采用RNGκ-ε湍流模型以及ASMM代数滑移混合物模型,对一台高比转速固液两相离心泵内部流场进行非定常流动的数值模拟,通过分析清水工况数值计算结果、外特性性能实验结果以及固液两相流非定常数值计算结果,获得了非定常条件下固液两相输送离心泵的瞬时外特性曲线和内部流动及磨损规律。研究结果表明:在一个转动周期内,离心泵的扬程、效率和轴功率均呈现正弦波动特征;动静干涉效应使得叶轮出口处的速度和静压分布均呈现周期性波动;模型泵叶轮前后盖板的磨损情况比蜗壳壁面的磨损严重。上述计算结果可为实现高比转速固液两相流离心泵的优化水力设计和减轻磨损提供一定的理论参考。     

大颗粒下螺旋离心泵内运动特性数值模拟与分析

以150×100LN-32型螺旋离心泵为模型,采用欧拉多流体、RNG k-ε模型对其内部进行三维数值模拟。对比不同颗粒粒径以及浓度情况下固液两相流场,分析了在大颗粒情况下,固体颗粒在螺旋离心泵内的运动情况。通过固相体积分数、压力以及速度分布,得出了大颗粒固液两相流在螺旋离心泵内的运动特性。并以此为参照,分析大颗粒情况下螺旋离心泵磨损情况。     

固体物料管道水力输送的阻力特性

针对管道水力输送的特点,设计建造了固液两相流管道输送试验台,在此基础上进行了管道阻力特性的试验研究,对管道特性、固体物料特性、浆体特性和输送方式等影响管道水头损失的因素进行了深入的探讨,为实际管道输送的工程设计提供了依据。     

泵水力设计软件PCAD 2004的开发

在简要分析国内泵水力设计CAD软件现状的基础上。提出了开发泵水力设计软件PCAD2004的基本思路,即实用性和能够进行绝大多数泵水力元件的设计。介绍PCAD2004的水力设计方法、编程方法、文件管理等关键技术。还给出了离心泵叶轮、蜗壳和双流道叶轮的设计图例。     

固液两相流离心泵的研究设计

在大量的固液两相混合流体中,很多是非均质的,并拌有部分长纤维。就现有两相流泵的结构,对抽吸含长纤维的非均质液体还很困难。本文就离心泵抽吸介质中含长纤维与高浓度液体的结构和水力设计等问题,结合作者多年来时固液两相泵的研究设计工作,提出了泵的新结构和设计方法。     

两相流离心泵水力输送性能计算分析

为探索一台固液两相流离心泵的水力性能与磨损特性,基于代数滑移混合物模型(Algebraic slip mixture model,ASMM)对其内部流场进行三维不可压缩定常流动数值计算,其中转子与定子之间的动静耦合采用"冻结转子法"实现。多相位定常流动计算结果与水力试验结果的对比确定最佳的转动位置,并确认数值计算方法的准确性。预测结果表明,颗粒属性对模型泵水力性能影响的次序为固相体积分数、颗粒密度和粒径。随着颗粒直径、密度和固相体积分数的增加,预测扬程均下降;效率总体上也呈现下降趋势,但在固相体积分数为10%时输送效率最高。在靠近隔舌的叶轮出口处存在由低、中、高三种速度组合的双剪切层射流—尾流结构。总体而言,模型泵叶片吸力面的磨损程度比压力面更为严重。固相体积分数对叶片表面磨损程度的影响比较明显,颗粒密度影响较小,颗粒直径仅对吸力面磨损程度影响显著,对压力面影响不明显。     

Numerical simulation and analysis of solid-liquid two-phase flow in centrifugal pump

The flow with solid-liquid two-phase media inside centrifugal pumps is very complicated and the relevant method for the hydraulic design is still immature so far.There exist two main problems in the operation of the two-phase flow pumps,i.e.,low overall efficiency and severe abrasion.In this study,the three-dimensional,steady,incompressible,and turbulent solid-liquid two-phase flows in a low-specific-speed centrifugal pump are numerically simulated and analyzed by using a computational fluid dynamics(CFD) code based on the mixture model of the two-phase flow and the RNG k-two-equation turbulence model,in which the influences of rotation and curvature are fully taken into account.The coupling between impeller and volute is implemented by means of the frozen rotor method.The simulation results predicted indicate that the solid phase properties in two-phase flow,especially the concentration,the particle diameter and the density,have strong effects on the hydraulic performance of the pump.Both the pump head and the efficiency are reduced with increasing particle diameter or concentration.However,the effect of particle density on the performance is relatively minor.An obvious jet-wake flow structure is presented near the volute tongue and becomes more remarkable with increasing solid phase concentration.The suction side of the blade is subject to much more severe abrasion than the pressure side.The obtained results preliminarily reveal the characteristics of solid-liquid two-phase flow in the centrifugal pump,and are helpful for improvement and empirical correction in the hydraulic design of centrifugal pumps.     

液压油箱用固液旋流分离器分离效率影响规律

颗粒物污染是影响移动装备液压元件及系统性能的主要原因之一,液压油箱考虑去除杂质功能会增加其设计容积,不利于液压系统轻量化设计。应用离心分离的原理,使不同密度的介质在高速旋转的流场中进行分级筛选,可快速去除液压油中大颗粒污染物,提高液压系统可靠性,提升过滤器使用寿命。由于旋流分离器中流场的流动形式复杂,预测旋流分离器内部的流场特性、颗粒运动轨迹十分困难。因此,研究旋流分离器流场流动规律和污染物旋流分离机理,可以为液压系统污染物分离和去除提供理论基础。针对固液旋流分离器的流场分布规律和污染物分离效率的影响规律展开研究。根据旋流分离理论设计了固液旋流分离器结构,分析旋流分离器不同直径和长度下,固液旋流分离器轴向速度、切向速度的分布规律,通过粒子图像测速法对仿真结果进行试验验证,得到结构参数对分离效率的影响规律。结果表明,当中心的轴向速度为负值、壁面附近的轴向速度为正值时,切向速度越大,越有利于分离液压油中的颗粒。该研究结果可对液压油箱用固液旋流分离器的结构设计提供理论指导。     

超高压斜盘式轴向柱塞泵柱塞副摩擦界面油膜固液耦合作用特性研究

作为液压传动系统核心动力元件的轴向柱塞泵,超高压化是其必然发展趋势与要求,然而超高压化会造成其中关键的柱塞副摩擦界面油膜形成显著的固液耦合作用,对柱塞副油膜的摩擦润滑与密封承载性能产生规律尚不明确的影响。为此,建立一种基于变形矩阵法的固液耦合作用求解方法,该方法基于有限容积法解算油膜流体润滑方程,基于有限元法实现摩擦界面变形计算节点规则化设置及变形矩阵精准计算,在此基础上建立柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值计算模型,针对采用软硬配对的柱塞副63 MPa超高压工况下的摩擦界面油膜固液耦合作用特性进行研究,结果表明：固液耦合作用有助于减小柱塞副处轴向黏性摩擦力和泄漏流量,一个周期内柱塞副总周向黏性摩擦力大小基本不变但分布更为集中,导致产生了更大峰值的瞬时摩擦力;显著的结构变形产生于柱塞副摩擦界面两端局部位置处,因而对泄漏流量不造成影响,在超高压工况下经过软硬配对跑合,固液耦合作用有助于原本标准柱形铜套孔形成类似“喇叭口”的一种微观形貌,增大了柱塞与铜套孔的接触面积,增强了密封超高压油的能力,降低了接触应力。建立的模型及研究结果可为轴向柱塞泵超高压化设计提供指导。     

基于相似原理的液压泵重量估算方法研究

液压系统是机载机电系统中的重要组成部分,飞机对液压系统的装机重量有严格要求。液压元件的重量直接影响到了液压系统的整体装机重量,提前对重要液压元件进行重量估计是元件设计阶段必须考虑的问题。提出了一种基于相似原理的液压泵重量估计方法,利用pv值作为液压泵重量估计的重要约束条件,将液压泵重量估计的几何参数的相似比转换为性能参数的相似比,从而直观的进行任意参数液压泵的重量估计。通过对大量液压泵重量参数的统计,拟合出液压泵重量与功率和流量的匹配关系,并设计制造了液压泵进行试验称重,结果表明,基于相似原理的液压泵重量估计误差可以控制在4.8%以内,为机载液压系统重量估计提供了一种新的参考。     

一种低比转数耐磨离心泵水力模型的研究

速度系数法是设计离心泵过流部件的常规方法,建立在前人大量的数据统计基础上,形成了一般系数选取规律,它适用于普通离心泵设计。但对于低比转数离心泵,改变叶片出口角度等设计参数时,原有统计数据不再有效,需要探索新的设计规律。本文提出一种新的低比转数离心泵水力模型应用于耐磨泵设计,做了几个应用案例,通过水力试验结果并辅以CFD计算验证,确定了该水力模型对应的速度系数,充实了离心泵设计水力模型库。     

旋流泵内部固液两相流动的CFD模拟分析

基于雷诺平均N-S方程,对旋流泵金属蜗壳叶轮在清水和固液两相流动时的内部流场进行三维CFD数值模拟。采用Pro/E三维造型软件进行几何造型,应用Fluent软件,选用雷诺平均N-S方程,输送清水介质使用标准k-ε紊流模型,输送含有固体颗粒的两相介质采用k-ε-Ap模型,结合SI MPLE算法,采用笛卡尔坐标,混合四面体非结构网格,对其内部流场进行了三维CFD数值模拟。对固体颗粒直径发生变化时的固液相速度分布情况进行详细分析。结果表明,它们的速度分布和实际情况基本吻合。     

Hydraulic Optimization of a Double-channel Pump’s Impeller Based on Multi-objective Genetic Algorithm

Computational fluid dynamics (CFD) can give a lot of potentially very useful information for hydraulic optimization design of pumps, however, it cannot directly state what kind of modification should b...     

功率回收式液压泵可靠性试验台的研制

基于目前最为流行的液压泵加速寿命试验和冲击试验,针对现有功率回收式液压泵试验台的特点及存在的问题,设计了一种多台液压泵可同时进行试验的机械补偿功率回收式液压泵可靠性试验台,提供了新的液压泵试验台设计理念,对相关工作具有一定的指导意义。