基于CFD的离心泵流场数值模拟

为了研究离心泵内部流场的流动规律,验证CFD数值模拟的可靠性,基于CFD技术,应用雷诺时均N-S方程与标准k-ε湍流模型对不同工况下高速离心泵内部的三维湍流流动进行了数值模拟,并对其内部的流动状态进行了分析得到了离心泵内部流场的压力分布规律,外特性试验和CFD模拟下的泵性能曲线。结果表明:出口的压力值是最大的,泵的整体压力随着出口流量不断增大而减小。在相同工况下下,离心泵进口到出口的压力逐渐增大。通过CFD模拟所得结果与实验结果基本吻合,本文中建立的CFD数值模拟的求解模型能可靠的预测出Q5H26型离心泵的水力性能。     

数值模拟在高速泵汽蚀性能预测中的应用

以带诱导轮的高速泵为研究对象,应用CFX数值分析软件中提供的k-ε湍流模型、基于Rayleigh-Plesset方程的简化多相流模型,进行高速泵全三维稳态数值模拟。数值模拟以常温水为介质,进出口边界条件为压力进口和质量出口,进口压力采用泵汽蚀性能试验时的入口压力。在恒定流量、扬程下降3%条件下,数值模拟和性能试验所获得的泵必需汽蚀余量基本相等;计算得出的泵扬程随入口压力变化规律与试验结果吻合。结果表明数值模拟技术可以用于带有诱导轮等复杂结构的高速泵汽蚀性能预测。     

基于内流分析的低比转数离心泵设计与改进

为设计效率高、性能稳定的低比转数离心泵,结合传统的速度系数法和内部流动分析技术进行了水力设计和改进。给出了低比转数离心泵的初步设计思路、内部流动分析和性能预测方法,基于速度系数法设计的模型的实验结果验证了数值方法的合理性。在初步设计基础上,针对传统设计难以把握的蜗壳关键尺寸参数对性能的影响进行了分析,以此为依据对关键结构与参数进行改进设计,数值模拟和实验表明,改进设计使性能得到了提高。该设计方法与流程的采用,可有效提高泵的水力性能的同时减少试验次数,从而缩短了离心泵产品开发周期。     

青草沙水库原水取水泵站模型试验

对上海市水源基地的青草沙供水泵站工程进行了流道的优化水力设计、水力模型选择和泵装置的模型试验。介绍了模型试验的试验系统、试验准则和4个水力模型的试验结果。试验结果表明：全调节混流泵模型性能最优,在设计扬程5．8m时处于高效区,叶片角度-2°时模型效率高于79．5％,原型流量34．6m^3／s,在最不利运行条件（零扬程）下,临界汽蚀余量小于10m,满足工程设计要求,且能安全可靠并高效运行,推荐采用。     

碟式分离机向心泵流体仿真分析

针对碟式分离机向心泵进行流体动力学分析研究。通过建立碟式分离机向心泵有限元模型,利用数值计算流体动力学软件(CFX)模拟研究了向心泵结构对碟式分离机性能的影响。通过样机实验验证,表明利用数值计算流体动力学(CFD)可以有效指导向心泵的结构设计。     

固-液微型水力旋流器的实验研究与数值模拟

采用正交试验和计算流体力学(CFD)的方法,对固-液微型水力旋流器进行了初步研究。实验采用的微米级固体颗粒分别为1250目和2500目的滑石粉颗粒。首先通过正交试验研究了微型旋流器处理量和进料浓度对两种粒径的滑石粉溶液的分离效率的影响,得到较优的分离操作条件。然后利用CFD的方法对微型水力旋流器的内部流场进行数值模拟,湍流相采用雷诺应力(RSM)模型,再加入离散颗粒进一步模拟微型水力旋流器内颗粒运动,其中离散相采用离散相(DPM)模型。最终得到水力旋流器的流场的压力和速度分布云图及固体颗粒运动轨迹,为进一步优化微型水力旋流器的结构参数提供了参考。     

CFD分析概述及在离心泵改进设计中的应用

简要阐述了目前研究流体运动规律普遍使用的三种方法:实验研究、理论分析、CFD分析及其应用要点,并对某公司最新研发的化工流程泵做了深入研究,即通过先进的CFD软件,基于全三维不可压缩的Reynolds时均Navier-Stokes方程和Realizable K-ε湍流模型,采用三维无结构化网格和压强连接的隐式修正SIMPLEC算法及多重参考系MRF,分别对泵的不同工况点进行内部流动数值模拟,根据计算结果和实验结果对比,并结合工作经验,提出优化改善措施.运用此方法,可以比以往更方便的设计和优化泵的水力结构,既提高了产品性能水平,又缩短了设计和生产周期,还节约了很多制造成本,从而使企业在市场竞争中更具有优势.     

低比转速离心泵驼峰特性曲线的研究及优化改进

某低比转速泵在实际试验中出现驼峰曲线,不能满足现场工况运行要求,针对出现问题的原因进行分析,采用水力技术设计方法并结合CFD仿真分析手段进行优化,对新设计的水力进行实验验证,试验后额定工况点避开驼峰,可以满足用户的现场需求,基于以上,合理的水力设计及CFD仿真方法可以有效解决工程实践中出现的驼峰问题。     

新型PFHE封头孔板的流体分配性能与强度分析

为改善板翅式换热器(PFHE)的流体分配特性,基于计算流体动力学(CFD)与流固耦合仿真计算,设计了一种新型的PFHE封头孔板。利用Fluent软件,对安装有新型孔板的封头内部流场进行数值模拟,研究不同工况下新型孔板的流体分配与水力损失特性,并与两种已有孔板的性能进行对比分析。利用流固耦合仿真技术,对新型孔板在流体冲击作用下的结构强度进行校核。结果表明:新型孔板的流体分配性能最优,水力损失适中;在流体冲击作用下,新型孔板的最大应力远小于材料的许用应力,结构强度满足工程需求。     

基于CFX的离心泵不同叶数对全流场的影响

以IS125-200-250型清水离心泵为例,在仅改变其叶片数的条件下,利用大型三维建模软件Pro/ENGINEER建立了叶轮、蜗壳、进出口的整机流道模型,选用清水为流体介质,基于ANSYS CFX软件,建立相对坐标下的时均连续N-S方程和带有修正系数的RNGκ-ε湍流模型,对该离心泵在不同叶数、不同工况下进行了流动数值计算,对比分析数值模拟结果和性能试验测得的流量-扬程、流量-功率特性曲线,同时预测了泵的水力性能,并与性能试验结果进行了对比分析,结果表明模拟结果与试验结果吻合较理想,满足工程需要。     

不同密度流体介质对离心泵的性能影响

基于FLUENT数值模拟软件,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法,对5种不同密度流体在3种不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果分析得出离心泵内部三维流场随流体介质密度的变化而变化的规律。同时,将5种情况下的预测扬程和效率进行对比分析,得出不同密度流体对离心泵外特性的影响情况。相同流量下,随密度增大,离心泵的轴功率增大。这对于输送不同密度介质时离心泵内流体流动状态的变化以及离心泵性能的变化起到了指导作用。     

转子轴向偏移对海水淡化高压泵性能的影响

为研究转子轴向偏移量对海水淡化高压泵轴向力和外特性的影响,基于CFX软件,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,以300ROD海水淡化高压泵的单级模型泵为对象,对其轴向力和内流场进行数值计算。建立叶轮与导叶对中、叶轮相对导叶向左偏移1、2 mm,向右偏移1、2 mm共5组转子轴向偏移量的水体模型,进行全流场数值模拟,并分别计算5组不同偏移量下模型的轴向力、效率和扬程。结果表明,轴向力随着偏移量的增加而增大,且往前泵腔方向的偏移对轴向力的影响比往后泵腔方向偏移的影响更为显著,因此在转子装配时应特别注意叶轮相对导叶往右的偏移。泵的效率和扬程随着偏移量的增大而减小,为了使效率和扬程满足使用要求,转子偏移量应控制在-1~1 mm以内。     

多级悬臂式高效小流量泵的设计

为提高多级悬臂式小流量泵的效率,其叶轮叶片采用低比转数离心泵叶片设计原理进行设计,并采用螺旋形出水室结构,该结构具有水力性能优良、结构简单及便于拆装等特点;采用多级悬臂式直锥形吸入室结构;独特的密封装置能够有效减小密封泄漏,保证其安全可靠运行;复合限流环结构能够有效减小口环处泄漏损失,进而提高其装置效率。     

潜水式贯流泵水力性能数值分析及结构优化设计

针对同一叶轮、不同导叶形式的潜水式贯流泵进行了数值计算,分析各导叶形式对贯流泵水力性能的影响,对不同导叶形式的贯流泵流场流动进行了分析,并提出3种贯流泵结构的优化设计方案,得出在导叶出口处接一小段扩散管能够达到收集能量的目的,贯流泵装置的性能有明显的提高。     

化纤厂空调冷却水系统的节能分析

针对化纤厂暖通空调设备能耗约占总能耗80%的特性,从空调冷却水系统的角度出发,提出系统中水泵、冷却塔等设备的节能措施。通过实例分析了冷却水泵运行效率低的原因,提出了调节水泵运行工况点可提高运行效率的方法。通过比较调小水泵出水阀门开启度、切割水泵叶轮直径、改变水泵转速3种调节水泵运行工况点的方法,选用变频降速的措施,在水泵实际运行中起到良好的节能效果。     

CFD and experimental studies of liquid weeping in the circular sieve tray columns

Sieve trays are widely used in fractionating devices like tray distillation towers existing in separation and purification industries. The weeping phenomenon that has a critical effect on the efficiency of tray towers was studied by a numerical model and some experiments. The experiments were carried out in a pilot scale column with the diameter of 1.22 m that includes two test trays and two chimney trays. Weeping rates and some hydraulic parameters were measured in sieve trays with the hole area of 7.04%. Furthermore, the total weeping rate and weeping rate in inlet and outlet halves of the test tray were determined. It was also used an Eulerian–Eulerian computational fluid dynamics (CFD) method for the present study. The model was able to predict the dry tray pressure drop, total pressure drop, clear liquid height, froth height, and weeping rate simultaneously. Furthermore, the obtained CFD results were in a good agreement with the experimental data in terms of pressure drop and the model properly predicted several hydraulic parameters like the liquid weeping behavior along the tray.     

CFD study of turbulent jet impingement on curved surface

The heat transfer and flow characteristics of air jet impingement on a curved surface are investigated with computational fluid dynamics(CFD)approach.The first applied model is a one-equation SGS model for large eddy simulation(LES)and the second one is the SST-SAS hybrid RANS-LES.These models are utilized to study the flow physics in impinging process on a curved surface for different jet-to-surface(h/B)distances at two Reynolds numbers namely,2960 and 4740 based on the jet exit velocity(U_e)and the hydraulic diameter(2B).The predictions are compared with the experimental data in the literature and also the results from RANS k-εmodel.Comparisons show that both models can produce relatively good results.However,one-equation model(OEM)produced more accurate results especially at impingement region at lower jet-to-surface distances.In terms of heat transfer,the OEM also predicted better at different jet-to-surface spacings.It is also observed that both models show similar performance at higher h/B ratios.     

小型有机朗肯循环系统中工质泵的效率

对小型有机朗肯循环系统中工质泵的性能进行了实验研究,建立了应用R245fa工质的小型工质泵性能研究试验台,针对容积型工质泵的效率展开实验研究,对工质泵出口压力、进出口压差和系统质量流量分别进行控制,获得了工质泵等熵效率随上述3个变量的变化曲线.实验结果表明,在蒸发温度75℃、冷凝温度11℃条件下,有机朗肯循环系统中工质泵的等熵效率范围为15%~47%,随着系统质量流量的增大和工质泵进出口压差的增加,工质泵等熵效率升高,且受到系统质量流量的影响较大.实验证实了有机朗肯循环系统中工质泵的实际运行效率比以往模拟、理论计算研究中应用的工程经验值低.依据本研究实验结果,工质泵等熵效率宜取平均值30%;基于理论循环等熵过程的分析,泵功占膨胀机输出功的比例约为8%,而实际过程中,综合考虑泵的效率、电机效率、膨胀机机械效率,其比值可达到12%以上.     

Engineering model for coupling wicks and electroosmotic pumps with proton exchange membrane fuel cells for active water management

We present theoretical and experimental studies of an active water management system for proton exchange membrane (PEM) fuel cells that uses integrated wicks and electroosmotic (EO) pumps. The wicks and EO pumps act in concert to remove problematic excess liquid water from the fuel cell. In a previous paper, we showed that this system increases maximum power density by as much as 60% when operating with low air stoichiometric ratios and a parallel channel flow field. The theoretical model we develop here accounts for several key factors specific to optimizing system performance, including the wick's hydraulic resistance, the variation of water pH, and the EO pump's electrochemical reactions. We use this model to illustrate the favorable scaling of EO pumps with fuel cells for water management. In the experimental portion of this study, we prevent flooding by applying a constant voltage to the EO pump. We experimentally analyze the relationships between applied voltage, pump performance, and fuel cell performance. Further, we identify the minimum applied pump voltage necessary to prevent flooding. This study has wide applicability as it also identifies the relationship between active water removal rate and flooding prevention.