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。     

轴流风机气动性能与气动噪声的模拟和实验研究

本文对某改进前后的弯掠叶片轴流风机进行了气动和噪声性能的实验和数值模拟。气动计算采用了定常转动坐标系结合SIMPLEC算法和标准k-e湍流模型,获得风机静压和叶片尾涡特征宽度分布,采用Fukano噪声简化模型获得测量点线性声压级;气动噪声模拟采用非定常滑移网格方法,利用FW-H声压模型获得声学接收点处的噪声频谱。结果显示,气动性能计算与实验较符合,噪声结果有偏差。     

罗茨鼓风机内部流场的数值分析方法

以CFD软件FLUENT为工具,采用RNGk-ε湍流模型和PISO算法,对罗茨鼓风机内部气流流场进行了可压缩非定常流动的数值模拟,数值模拟与理论分析的对比结果验证了数值分析方法具有良好的准确度和可靠性。结果表明,基于动网格技术的风机内部流场的动态数值模拟,能较真实地反映风机内部湍流流动的流场分布和气流脉动的特征规律。     

动静区域耦合方法对血泵模拟结果的影响研究

为了探究使用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)评估离心血泵性能时采用非定常模拟方法的必要性,对美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)提供的标准模型进行数值仿真,分别使用定常单坐标系(Single Reference Frame, SRF)与非定常动静区域耦合的滑移网格模拟方法对4个工况进行模拟并与实验结果进行对比。 结果表明,定常SRF预测的泵内速度场与实验结果误差在4%以内;非定常滑移网格的误差为2%以内,且确定系数相较定常SRF平均高0.4。对于溶血系数的计算,两种方法均未给出准确的定量预测。 因此对于血泵流场的计算,非定常滑移网格模型与定常SRF模型相比,有一定的准确度上的提升,但并不明显。     

船用离心风机内部流动诱发蜗壳振动的数值研究

针对船用离心风机内部非定常流动诱发蜗壳结构振动响应,发展了一种数值计算方法,该方法首先通过风机内部非定常流场计算获得振动激励源,其次采用流固弱耦合算法实现节点的插值和载荷加载,最后基于有限元的模态叠加法得到蜗壳结构动力响应。流场压力脉动和振动计算结果和实验测试结果分别做了对比,结果吻合较好,表明本文的方法能较准确地模拟叶轮机械内部流动诱发外部壳体的振动响应。从流场和振动响应两个方面阐述了流动诱发振动的机理:基频的非定常气动力是流固耦合振动的主要激励源,基频分量在振动的频率响应函数中占据主导地位,蜗壳的最大振动响应是基频下的非定常气动力和基频振动模态共同作用的结果。     

基于非稳态计算对旋风机三维流场的数值模拟

应用三维非定常数值计算方法对矿用对旋轴流风机的非定常特性进行了数值模拟研究。数值计算中将SIMPLE算法与RNGκ-ε湍流模型相结合,以风机三维全流道为计算域,获得了对旋风机叶轮区域3对干涉面上速度场和涡量场的非定常分布。通过数值模拟结果与设计参数和试验结果的比较,验证了数值预测结果的准确性。模拟结果表明,对旋风机在一个旋转周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性。     

风机流场的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent对9-26型高压离心风机内部的三维气体流动进行了数值模拟与分析。计算中采用了标准k-ε湍流模型与非结构化网格。同时对计算结果进行了分析。模拟结果有助于理解风机内部的流动规律。     

贯流式水轮机三维非定常流DES数值模拟

以某水电站为研究对象,建立包含贯流式水轮机的全流道数值模型,基于不可压缩瞬态N-S方程,进行了三维非定常流研究。将全流道定常计算的结果作为初始流场,应用分离涡模型(DES)和滑移网格技术,进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了全流场的瞬时压力分布和湍动粘度分布,转轮室进出口处的瞬时涡量分布,捕捉到水轮机转轮室进出口处复杂的三维动态涡结构。研究工作对于探讨水轮机涡激振动形成的机理具有一定的参考意义。     

CFD仿真在轴流式灭火风机流场优化设计中的应用

应用计算流体动力学的方法对轴流式灭火风机内的三维湍流流动进行了建模和基于N-S方程的仿真分析,仿真采用有限体积法FVM和k-ε双方程模型来模拟湍流流动,得到了轴流式灭火风机在设计工况下的内部流场三维流动形态,分析了轴流式灭火风机内部的气流流动规律、流速和压力分布,以三维湍流场的仿真结果为依据,对轴流式灭火风机的内部风道进行了有效的改进和优化设计.结果表明锥形射流风筒采用整流栅板可以有效地提高出口风速,改善内部流动,更好地满足设计要求.     

对旋轴流风机三维流场的非定常数值模拟研究

应用三维非定常数值计算方法对矿用对旋轴流风机的非定常特性进行了数值模拟研究.数值计算中将SIM-PLE算法与RNG k-ε湍流模型相结合,以风机三维全流道为计算域,获得了对旋风机不同特征面上压力特性的非定常分布.计算结果表明,对旋风机在一个旋转周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性.     

流固耦合作用对轴流泵内部流场影响的数值计算

采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,基于弹性体结构动力学方程,对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行多工况双向同步耦合求解,研究了流固耦合作用对轴流泵内部流场的影响。结果表明:考虑流固耦合作用后,叶片工作面和背面的压差有所减小,说明叶片性能有所下降;叶片出口处的二次回流现象有所加剧;计算得到的轴流泵水力性能参数更加接近试验值,说明考虑流固耦合后的流场更加接近于真实流场。     

非均匀栅距对压缩机叶片非定常气动力影响的三维数值研究

对非均匀栅距叶片排的轴流压缩机进行了三维数值模拟研究,着重探讨了动静相干对压缩机动叶表面非定常气动力的影响。结果表明：不同非均匀栅柜分布结构组合构成的新型＂时序效应＂有助于降低动叶所受到的非定常激振力。此外,通过频谱分析发现,非均匀栅距结构将动叶在单一频率下的较大激振力分散到几个频率处,从而降低了单一频率下的激振力。     

进口速度畸变对轴流风机性能影响的全周数值研究

采用全通道数值模拟方法,通过设置周向角度相同、径向位置不同的速度畸变区域,分析了畸变条件下低压轴流风机性能及流场的变化规律。计算结果表明,该方法可以清晰描述流场参数的分布情况,设置的进口速度畸变方式会使风机效率降低,静压升变大,转子进口相对气流角分布与叶型极不匹配,造成进口冲角绝对值较大,叶栅通道内的流动恶化,流动损失增加,并且风机出口的压力沿周向分布的不均匀性增强。     

用于轴流风机的轴流叶轮气动性能试验研究

参照GB/T 1236—2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》,对同一台轴流风机的5种轴流叶轮分别进行了气动性能试验,通过对比5种轴流风机的气动性能试验数据进行分析,研究了单级轴流叶轮的叶片角度和叶片数对其性能参数的影响,得出了全压、风量、效率随叶片角度和叶片数改变的变化规律,试验结果表明:在最高效率工况条件下,首先对比相同叶片角度,不同叶片数的第一组试验系列,得出叶片数Z=6时,风量最大,功率最小。然后在相同叶片数,不同叶片角度的第二组试验系列,得出Z=6,β=38°时,风量最大,全压最大,功率最大,全压效率居中,因此得出应用于新型轴流式灭火风机的轴流叶轮最佳叶片数和叶片角度的组合。     

小流量工况下通风机进气风室静压测量的研究

利用GB/T1236-2000标准中规定的A型进气风室研究在小流量区域内测试离心和轴流通风机流通特性时,其流场的分布以及在静压测试中出现的问题.通过实验发现在离心风机测量截面上静压存在波动,轴流风机静压沿着径向分布存在差别,分析影响其静压分布的因素并提出相应的对策.     

空调室外机轴流风扇全流场数值模拟

以某型号空调外机轴流风扇为研究对象,建立其三维全流场整机模型,采用数值模拟方法对其在设计工况下的内部稳态流场进行数值模拟,并预估其风扇表面气动噪声源的分布,着重分析了空调外机流场稳态速度场、压力场及声功率级的分布规律,揭示了空调外机流场的基本特征.分析结论可为轴流风扇的优化设计提供参考,对提高其整体性能及其降噪具有重要工程应用价值.     

单级轴流风机准三维设计

详细地讨论了用流线曲率法对单级轴流风机进行准三维设计的方法和步骤,结合平面叶栅法和流线曲率法解决了单级轴流风机的设计问题,这种方法让叶片造型更加适应流场的分布,可以达到较好的增压效果.最后得到叶片前后缘气流参数和动静叶片中心面的形状,并对算例设计结果的压缩性能进行了评估.     

Unsteady Turbulent Simulation and Pressure Fluctuation Analysis for Centrifugal Pumps

The pressure fluctuation in the flow passage of both impeller and casing is addressed on design condition. The initial conditions for the unsteady turbulent simulation are resulted from the steady calculations, and the three dimensional unsteady turbulent simulation concerning the rotor-stator interaction is executed by a Navier-Stoke solver embedded with k -ε turbulence model and with appropriate moving interface boundary conditions. Detecting points are distributed in the flow passage in different radial and circumferential positions to capture the static pressure fluctuation character for one cycle of the impeller. The time-domain spectrums show that the static pressure curves are periodic and have five peaks and five valleys. With the radius increasing, the pressure fluctuation peak-to-peak values in the impeller are increasing, and reach the maximum value on the interface. In the casing flow passage, those values are about 7% of local static pressure except some ones near the tongue. The values become decreasingly in the diffuser pipe. The frequency spectrums transformed by fast Fourier transform (FFT) show that the dominant frequency is approximate with the blade passing frequency, and the pressure fluctuations in impeller passage have high frequency content while those in casing ones have no such information.     

Numerical study on the internal flow characteristics of an axial-flow pump under stall conditions

When an axial-flow pump works in low flow rate conditions, rotating stall phenomena will probably occur, and the pump will enter hydraulic unsteady conditions. The rotating stall can lead to violent vibration, noise, turbulent flow, and a sharp drop in efficiency. This affects the safety and stability of the pump unit. To study the rotating stall flow characteristics of an axial-flow pump, the steady and unsteady internal flow field in a large vertical axial-flow pump was investigated using 3D computational fluid dynamic (CFD) technology. Numerical calculations were carried out using the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) solver and Menter's shear stress transport (SST) k-ω turbulence model. Steady flow characteristics including streamline, velocity vector, pressure and turbulent kinetic energy are presented and analyzed. Unsteady flow characteristics are described using post-processing signals for pressure monitoring points in the time and frequency domains. Using Q-criterion, the locations and evolution rules of the core region of the vortex structure in guide vanes under deep stall conditions were investigated. The reliability of the numerical simulation results was verified using the experimental prototype pressure fluctuation test. In this way, typical flow structure and pressure fluctuation characteristics in an axial-flow pump were analyzed, with contrastive analysis in design condition and stall conditions. Finally, the mechanism of low-frequency pressure fluctuation in a pump unit under the stall condition was revealed.