粘性条件下含不同导叶数的液力透平水力损失分析

为了研究粘性条件下含不同导叶数的液力透平内水力损失的分布情况,采用CFD方法以3种不同黏度工质对3种不同导叶数的泵作液力透平进行数值计算,分析工质黏度对含不同导叶数的液力透平水力损失分布的影响规律。结果表明:叶轮内的水力损失在透平总水力损失中所占比重超过50%,是透平内的主要水力损失;相同流量与工质下,叶轮内的水力损失随着导叶数的增加而减小,叶轮内的流动受导叶数影响显著,蜗壳、导叶等其他过流部分内的流动受导叶数影响较小;随着工质黏度的增加,相同导叶数透平各过流部分的水力损失基本呈增大趋势;在透平叶轮前添加合适叶片数的导叶能够改善叶轮内流动的状况,减小叶轮内水力损失。     

微型半开式叶轮高速离心泵结构对效率影响的试验研究

以微型半开式叶轮高速离心泵为研究对象,开展多个过流部件结构匹配方案的试验研究,发现螺线蜗壳与后弯式长短叶片叶轮匹配的全流量方案具有较高效率;叶轮出口与蜗壳结构尺寸的匹配关系直接影响微型离心泵效率,而且微型泵效率对叶片入口与泵入口管结构尺寸也非常敏感。     

离心泵作液力透平的数值模拟

以多级液力透平的首级为研究对象,应用ANSYS CFX软件对泵和液力透平流场进行数值模拟,得到泵及泵作透平使用时的外特性曲线。由外特性曲线可知:液力透平最高效率点的流量、扬程、效率和比转速分别是泵最高效率点的1.93、2.35、1.30、0.73倍;当透平流量增加到65.7m3/h时才有功率输出,此时存在最小扬程84.5m,其流量和扬程分别是最高效率点的0.480、0.571倍。对液力透平的内部速度场和压力场随流量的变化进行分析可知:导叶入口存在二次流和回流,通过导叶的导流作用,导叶流道内的速度分布得到很好的改善;叶轮内部存在漩涡和脱流区,且脱流区的范围随着流量的增加而增大;透平内部的压力从导叶进口到叶轮出口逐渐减小,随着流量的增加压差逐渐增大,这和透平的流量-扬程曲线相吻合。     

诱导轮离心泵空化不稳定性数值预测研究

为了研究空化对诱导轮离心泵不稳定性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamrim空化模型对某诱导轮离心泵进行了空化两相流数值计算。基于CFD数值计算结果,分析了0.6Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d3种工况下流道内的空泡形态的演化过程。结果表明:离心泵叶轮叶片附着空泡脱落是引起空化不稳定性的主要原因,叶轮断裂空化均发生在诱导轮断裂工况之后,初生空泡位置与工况有关,小流量工况下空化初生在诱导轮叶片吸力面,大流量工况下空化初生在叶轮叶片进口吸力面,额定工况下初生空化产生在诱导轮和叶轮叶片吸力面。空化发生时诱导轮离心泵内空泡呈非对称分布,断裂空化时局部流道堵塞,随着流量的增大,堵塞位置从近后盖板区域向近前盖板区域偏移,随着空化余量的降低,偏离额定工况下,叶轮流道内产生大尺度的漩涡效应,使离心泵的性能急剧下降。     

介质黏度对泵作透平特性的影响

为了明确介质黏度对泵作液力透平特性的影响规律,在实验验证数值计算方法可靠性的基础上,应用ANSYS软件对输运运动黏度分别为0.893、48.48和90.00 mm~2/s的3种介质的液力透平进行了数值模拟。结果表明,透平的外特性曲线趋势基本一致,随着介质黏度的增大,透平的水力效率下降,可回收压头增大,输出功率减小;叶轮叶片静压分布趋势基本一致,静压值随介质黏度的增大而减小;介质黏度对透平径向力的大小和方向影响较大;随介质黏度的增大,最优工况下湍流动能较高值分布区域由导叶-叶轮的动静耦合面向叶轮流道扩散;最优工况下透平内介质速度分布差异不大。研究结果能够为泵作透平在不同黏度介质下运行时的性能预测提供部分参考。     

泡状入流条件下旋流泵能量转换特性研究

探究泡状入流条件下旋流泵流场演化机理和能量转换特性，对优化旋流泵结构和提升其气液混输性能具有重要意义。采用混合多相流模型与种群平衡模型进行耦合计算了旋流泵气液两相流场，结合能量梯度理论、熵产分析与流场演化规律，获得了泡状入流条件下旋流泵的能量转换特性。结果表明，循环流在无叶腔内呈涡带分布，其中涡室附近的循环流强度较高，涡带分布范围广且结构稳定，而无叶腔小半径处的循环流涡带强度较弱，仅存在于部分流道。随着入口体积含气率的增加，无叶腔内涡团面积逐渐增大，涡核数量有所增加。但当入口体积含气率增加到10%后，继续提高含气率，则循环流数量没有明显变化。在高入口体积含气率下，气相在后缩腔叶轮内聚集，使得后缩腔与无叶腔外缘能量梯度函数值增大，脉动熵产损失提高，流场更加紊乱，旋流泵效率与压差下降。     

液力透平的直接正向设计方法

简要介绍了水轮机、水泵水轮机、离心泵反转液力透平设计方法,针对液力透平实际工作条件和结构特点,提出依据介质流量、可利用水头、转速等工况条件确定液力透平特征参数,进行转轮、蜗壳、导叶或导流段等过流部件的一维设计的方法;在二维造型和局部优化、三维流场数值仿真和结构、性能优化基础上,形成液力透平的直接正向设计方法。     

BB2泵的水力振动优化

以某BB2泵为研究对象,针对该泵在小流量工况下的振动超标问题,通过CFD定常、非定常分析计算与频谱分析、试验验证相结合的方法对原泵进行优化。结果表明:当叶轮叶片数和隔舌数互为倍数时,在小流量工况下泵体内振动加剧;通过改变叶轮通过频率、叶轮与蜗壳的匹配关系以及叶片型线可以改善泵体内部的流致振动问题。     

导叶数对液力透平径向力影响的数值分析

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法,对导叶数为6、8、10的3种液力透平以清水为介质进行数值模拟,获得了透平的性能特性、静压分布及叶轮导叶耦合面上的静压分布等,分析了导叶数对径向力的影响规律。结果表明,导叶数越多,叶轮所受径向力越小,10导叶透平叶轮所受径向力最小且相对最稳定;10导叶透平径向力的方向与隔舌的相对位置在50°～240°;透平在含有恰当叶片数的导叶下运行能够有效平衡叶轮所受的径向力,使透平运行稳定。     

双层蜗壳离心泵内非定常流动压力场分析

为研究双层蜗壳离心泵叶轮与蜗壳动静干涉作用下叶轮出口压力分布特点和工况变化对压力分布的影响,应用CFD技术对模型泵内部的流动进行非定常流动数值模拟,并对变工况压力场进行分析。3种工况下,叶片经过隔舌和叶片经过隔板始端时刻,叶轮与蜗壳的动静耦合干涉作用对叶轮出口压力分布影响比较大,动静干涉作用引起的压力分布变化受工况的影响比较大;叶片处于中间位置时刻,叶轮与蜗壳的动静耦合作用减弱,对叶轮出口压力分布影响较小,叶轮出口压力分布均匀性受工况的影响较小。