基于CFD的双向竖井贯流泵装置水力性能数值模拟

以某泵站双向竖井贯流泵装置为例,采用CFD数值模拟方法对模型泵不同的转轮叶片、叶轮位置及导叶位置方案进行了数值模拟,最终确定了改进泵装置模型结构参数,并分析了改进模型的综合特性和流场分布规律。结果表明,反向工况由于出水流道内无导叶进行导流和能量回收,出现了明显的回流、漩涡区,降低了流道效率,其出水流道流态较差,且因前置导叶的存在,恶化了叶轮进口水流条件,同时降低了装置过流能力与叶片做功能力,造成反向工况泵装置效率明显低于正向工况。     

平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性研究

为分析平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性，采用软件CFX对平面S型泵装置开展三维全流道数值模拟，并采用能量梯度理论分析不同工况下泵装置内的流动特性。结果表明，不同流量工况下平面S型轴伸贯流泵装置进水流道内的水流均非常平顺，整体差异较小。出水流道内的水流流态差别较大，流量越小出水流道内流态越差。小流量工况下平面S型轴伸贯流泵装置内相同位置的压力脉动最大。小流量工况下出水流道内能量梯度差异最大，说明此工况下出水流道内会产生较大的能量损失。平面S型轴伸贯流泵装置出水流道设计时应尽量增加出水流道的平顺段长度，保证能量梯度分布均匀。研究结果为深入了解平面S型轴伸泵装置和优化设计提供了理论指导。     

扬州闸泵站潜水贯流泵装置性能试验与流场分析

为明晰扬州闸泵站潜水贯流泵装置的水力性能，采用数值模拟结合物理模型试验的方法分析该潜水贯流泵装置内流及水力性能，通过综合特性指标C.P.I对比分析了前后置灯泡体对泵装置能量性能的影响，优选了灯泡体后置的潜水贯流泵装置方案，灯泡体后置的潜水贯流泵装置最高效率达78.86%,此时流量为314.86 L/s,扬程为3.594 m,叶片安放角为+2°。在叶片安放角为-4°时，原型泵的飞逸转速达295.19 r/min,该飞逸转速为原型泵额定转速的1.75倍。各流量工况时直管式进水流道流线平顺，小流量工况时导叶体局部区域出现了回流且直管式出水流道内部螺旋状水流明显。随着流量的增大，灯泡体和出水流道的水力损失占比呈先减小后增大的趋势，灯泡体和出水流道占泵装置整个流道的水力损失比例最大。研究结果可为工程实践提供参考。     

竖井贯流泵装置进出水流道优化分析

为了解竖井贯流泵装置的适用性,结合南通九圩港提水泵站,采用UG与ANSYS软件对进出水流道、叶轮和导叶体进行了实体建模与网格剖分,对比分析了初设方案与优化方案下竖井段、出水段、泵装置内部等的流场。结果表明,优化汇流段型线能够明显提高泵装置的水力性能,确保竖井空间及流道壁厚,有利于机组安装维护。根据优化结果适当调整传动比,提高水泵转速,可保证泵装置的最大扬程满足实际需求。     

竖井贯流泵装置压力脉动数值分析

为深入研究竖井贯流泵站机组振动产生的机理,以国内某大型竖井贯流泵站泵装置模型为例,基于ANSYS-CFX商用数值模拟软件,在不同工况下利用N-S方程和标准κ-ε方程模型分别计算全流道三维非定常湍流。结果表明,采样频率影响压力脉动特性预测、泵装置内压力脉动的主频率为叶片通过频率、在各工况下叶轮进口压力脉动从轮毂到轮缘逐渐增大、运行工况偏离设计工况时脉动幅度变大、水泵叶轮进口前的压力脉动沿轴向向前至0.5倍转轮直径处消失。通过对比泵站模型试验结果与数值模拟结果,验证了本文数值模拟结果的有效性。     

竖井式贯流泵装置的数值模拟与优化

基于三维雷诺时均N-S方程和realizable k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对广东省某大型竖井贯流式泵站的初始方案进行了数值模拟计算与分析,并提出流道尺寸的优化方案.对比优化前后的计算结果表明,该优化方案明显改善了整个流道的流态,减弱了水流在泵进口处的强烈冲撞,消除了局部回流、负压及脱流现象,水流在岔管处平稳过渡.该方案为泵站流道的优化设计提供了有力依据,可供类似工程参考.     

弯道入流进水池流态分析与整流措施研究

针对某弯道入流泵站进水池内不良流态的成因特点,提出了三种不同的整流方案。运用CFD技术,数值模拟不同整流方案下的进水池流态,并通过分析对比选择最佳方案。结果表明,无整流措施时,受弯道引水渠影响,流道内存在弯道环流,进水池内出现主流偏斜且存在低压漩涡区等不良流态,流道内压力与流速分布不均匀;方案3中布置了三个导流墩,可以将水流平顺分流进四个流道内,对进水池内的不良流态整流效果最好,能有效控制弯道环流、漩涡和偏流等不良流态,提升了进水池流场内的流速分布均匀度,进一步改善了水泵的进水条件。     

Kamalapur雨水泵站流道物理模型试验水力特性研究

针对Kamalapur雨水泵站进水流道可能出现的流态问题,采用1∶6几何比尺建立了正态整体物理模型,通过典型工况下的物理模型试验,分析了流道不同断面、前池段、泵室段和喇叭口处的水流流态、流速分布及沿程水位变化。结果表明,流道各部位设计与布置较为合理,运行中未出现明显的不利流态,但低水位运行会影响流态。该物理模型测试方法合理、可行,可为类似泵站的设计测试提供参考。     

贯流泵装置特性模型试验与节能

贯流泵由于扬程低，流道内水力损失对泵站装置效率影响比较敏感。文章结合淮河入海水道工程妇女泵站贯流泵装置特性模型试验，着重分析了前置灯泡贯流泵比后置灯泡贯流泵有良好的水力性能，节能效果明显。     

湍流模型在肘形进水流道三维流场数值模拟中的适用性研究

为找到可准确模拟低扬程泵站肘形进水流道水流流动的湍流模型,在对肘形进水流道进行网格无关性分析的基础上,选用S-A、Standardκ-ε、RNGκ-ε、Realizableκ-ε、Standardκ-ω、SSTκ-ω和RSM等7种常用湍流模型分别对肘形进水流道三维湍流流动进行数值模拟,并从流道水头损失和流态两个方面与流道模型试验结果进行比较。结果表明,不同湍流模型满足网格无关性所需的网格数量不同,RNGκ-ε、Realizableκ-ε和S-A湍流模型数值模拟的水力损失与模型试验结果的相对误差分别为1.01%、7.07%、9.09%,RNGκ-ε与Realizableκ-ε湍流模型计算得到的流场几乎完全相同,建议在对肘形进水流道三维湍流流动进行数值模拟时优先考虑采用RNGκ-ε湍流模型。研究成果可为进水流道三维湍流流动数值模拟的模型选择提供依据。     

罗茨泵内部流场数值模拟研究

罗茨泵在运行中由于各种原因会出现振动大、噪音大、泄漏等问题,获得罗茨泵的流动信息对预知及解决故障问题具有非常重要的意义,建立罗茨泵流场数学模型,用CFD软件对其内部流场进行模拟,获得并分析内部介质的压力场、速度场、流量脉动曲线、进出口压差对流量影响。研究结果表明:两转子间隙处压差最大,形成较高涡流;排气口两侧有明显的涡流;出口流量在转子转动初始阶段达到峰值;进口流量和进出口压差成反比,进口流量的脉动系数和进出口压差成正比。验证了CFD数值模拟的准确性,为对罗茨泵的进一步研究和整体优化奠定了基础。     

基于CFD的离心泵内部流场数值模拟

采用GAMBIT建模划分网格,基于CFD技术,采用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型对离心泵内部的二维湍流流动进行了数值模拟,得到了离心泵内部流场的压力分布、速度分布及气蚀特性规律。结果表明,叶轮内部流体从叶片入口到离心泵出口速度不断降低,压力不断升高。同时,得到了气蚀分布特性,在所研究工况条件下,气蚀首先在叶片两侧出现。模拟结果对工程实践和离心泵水力性能研究有一定的指导意义。     

船用柴油机多缸流动不均匀性的数值模拟与优化

采用数值模拟方法建立整机冷却水腔三维模型,研究大型船用柴油机的多缸流动不均匀性问题。分析了进出口位置和不同进口流量对流量不均匀度的影响。结果显示:冷却水腔进出口位置对各缸不均匀性有较大影响;进口位置布置于V型机端面中部,且出口位置靠近机体轴向中部,均有利于使各缸压力损失均匀并提高进水均匀性。对原冷却水腔结构优化后,流量不均匀度从7.10%下降至3.91%;各缸流量不均匀度基本不随进口流量的增加而变化;且A、B两列气缸流量基本一致。     

卧式柴油机冷却水流动特性的影响因素研究

针对卧式柴油机强制冷却闭式循环系统水套结构,试验研究了不同工况下水套入口流量及关键点的温度和压力。采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,并进行了试验验证。设计了冷却水套结构参数正交方案,通过CFD模拟分析了水泵出水流量、公共水腔截面形状和面积、缸体及缸盖入水孔的设置和分布等水套结构参数对冷却水流动的影响关系。研究结果表明:卧式柴油机缸体入水孔截面积和布置对缸体水套冷却水流动、冷却效果和冷却均匀性有很大的影响;卧式柴油机缸盖入水孔的位置、孔数和截面积等结构参数对缸盖水套的冷却水流动、冷却效果、冷却均匀性及进/排气侧的冷却分布等均有很大的影响。     

叶片进口边位置对小流量工况下离心泵空化特性的影响

为研究叶片进口位置对小流量工况下离心泵空化性能的影响,应用数值计算方法模拟了比转数为81的离心泵的三种模型,得到不同进口边位置的离心泵空化特性,并分析了叶轮内部流场与空化性能曲线的影响关系。结果表明,在小流量工况下,低比转速离心泵叶片进口边位置越靠前,抗空化性能较好,但严重空化后扬程衰减更快,流道直接被空泡堵塞,流道和叶片表面气泡分布较均匀,且气泡充斥流道速度较快,气泡体积分数各流道差值越小。相比较而言,叶片进口位置越靠后,气泡在流道内部和叶片背面分布不均匀,易出现噪声和振动,但在断裂空化状态,气泡并未完全堵塞流道,扬程下降速度较慢。整体来看,在小流量工况下,叶片进口边位置越靠前,离心泵的抗空化性能较好,并通过试验研究验证了模拟结果的可靠性。研究成果可为小流量工况下低比转速离心泵抗空化性能的优化提供参考。     

喷孔几何特征对变截面喷油孔空穴流动状态的影响

采用混合多相流模型及空穴模型相结合的方法,对喷油嘴激光打孔过程形成的变截面喷油孔内空穴流动现象进行数值模拟,重点分析喷孔几何特征对空穴流动状态的影响规律.结果表明,变截面喷孔内喷孔截面收缩或者扩张的程度及位置对孔内燃油空穴流动状态具有重要影响.截面收缩型的喷孔可在出口形成更大的空穴强度分布,利于促进燃油的初次分裂及雾化.截面扩张型喷孔可使得出口燃油速度分布更均匀,出口平均速度增大,从而提高流量系数;研究还发现,相对于直喷孔,变截面喷油孔内空穴流动状态对孔入口倒角变化的敏感性减小,这将有利于提高多孔喷嘴各孔流量及雾化的均匀性.     

余热锅炉入口流动优化研究

为了降低燃气-蒸汽联合循环设备燃机出口背压,采用数值模拟的方法对西门子SGT-2000E燃机配套余热锅炉过渡段进行减阻研究。研究结果表明:通过在过渡段增加导流板可以使过渡段入口总压降低0.6 kPa以上。其减阻机制是导流板增加了过热器入口流动均匀度,降低了换热器入口平均流速,减小了燃气流经换热器的阻力。采用非均匀面积流量分配方式可有效降低余热锅炉过渡段入口压力。针对本文的结构,导流板个数在3~4个,导流板延伸至上下底板的中点连线位置,分割高度比R为2.7左右时有较好的减阻效果。     

Numerical modeling of manifold design and flow uniformity analysis of an external manifold solid oxide fuel cell stack

Computational fluid dynamics (CFD) technique and experimental measurement are combined to investigate the effects of several geometric parameters on flow uniformity and pressure distribution in an external manifold solid oxide fuel cell (SOFC) stack. The model of numerical simulation is composed of channels, tubes and manifolds based on a realistic 20-cell stack. Analysis results show that gas resistance in the channel can improve the flow uniformity. However, channel resistance only has a limited effect under high mass flow rate. With the increase of inlet tube diameter, the flow uniformity improves gradually but this has little impact on pressure drop. On contrary, the larger diameter of outlet tube reduces the pressure drop effectively with minor improvement on flow uniformity. The dimensions of the flared inlet tube and the round perforated sheet in the manifold are designed to optimize both flow uniformity and pressure drop. Practical experimental stack is established and the velocity in the outlet of the channel is measured. The trends of the experimental measurements are corresponding well with the numerical results. The investigation emphasizes the importance of geometric parameters to gas flow and provides optimized strategies for external manifold SOFC stack.