基于CFD仿真的CAP1400核主泵流动特性研究

为研究CAP1400核主泵水力部件的流动特性,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对核主泵水力部件多个流量点进行三维流动数值计算,研究了核主泵内不同流量工况下的流动特征,并对计算的额定工况下的性能与试验进行了对比。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测CAP1400核主泵水力性能,获取内部流动细节。在额定设计工况下,核主泵流态均匀稳定,水力性能优良。通过与非设计流量工况对比,较全面比较了该核主泵流动特性,对支撑核主泵水力部件设计和优化提供有益的参考。     

基于CFD仿真的核主泵流动特性研究

为研究核主泵水力部件的流动特性,基于N-S方程及k-ωSST湍流模型,对核主泵水力部件多个流量点进行三维流动数值计算,研究了核主泵内不同流量工况下的流动特征,并对额定工况下的性能数据与试验数据进行了对比。结果表明,基于CFD分析的方法可有效预测核主泵的水力性能,获取内部流动细节。在额定设计工况下,核主泵流态均匀稳定,水力性能优良。通过与非设计流量工况的对比,较全面地分析了该核主泵流动特性,为解决核主泵水力部件设计和优化提供了有益的参考。     

低比转速离心泵大包角叶轮的优化设计

为了研究在大包角下低比转速离心泵叶轮的水力性能,本文采用CFD数值模拟并结合试验对大包角下的低比转速离心泵叶轮进行优化设计。在叶轮其他参数相同的条件下,对包角300°的9种方案分别进行数值计算,对试验结果采用极差分析,得到了300°大包角下叶轮的最优参数组合,并对比了该参数组合下泵数值模拟结果与试验结果。研究结果表明:数值模拟预测的泵外特性与试验结果基本符合,验证了数值模拟结果的准确性。研究结果为低比转速离心泵大包角叶轮的设计提供了一定的理论参考。     

圆柱形叶片潜油离心泵流场的三维数值分析

采用CFD方法研究了潜油离心泵的内部流场，讨论分析了3种不同工况下叶轮和导轮的数值计算结果。数值模拟捕捉到了离心泵内部许多不良流动现象，探讨了影响离心泵效率的原因。泵在设计工况有着良好的流动性能，在非设计工况出现了不良流动现象，影响了泵的效率。计算结果还显示：潜油泵叶轮有较好的水力性能，而潜油泵导轮的水力性能是不完善的，效率较低。     

混流式核主泵流场数值分析与试验研究

本文根据某核电站主冷却剂泵的水力优化设计,研究了在改变叶轮叶片进口安放角减小10°的条件下进行数值仿真分析。主要在参考泵叶轮基础上进行了叶片结构改进,并就新的叶片结构进行了数值分析,相应的性能参数值比要求值均有了一定的裕度。其中,数值效率和对应的扬程比参考泵叶轮分别提高了0.6%和22%。针对主泵水力部件模型,对改进设计后的水力部件按照相应的标准分别进行了水力模型的效率试验、空化试验以及压力脉动试验,同时按照试验结果换算出了目标主泵的水力性能。     

反转泵液力透平速度滑移机理

速度滑移对液力透平的水力性能和内流特性有一定影响。以反转泵液力透平为研究对象,评估不同湍流模型对液力透平水力性能影响的敏感性,通过数值模拟与试验值误差分析发现,采用RNG k-ε湍流模型预测液力透平水力性能具有较高的可信度。选用RNG k-ε湍流模型和CFX17.0,分析透平内速度滑移机理及速度滑移量化指标,进一步对比液力透平和离心泵速度滑移的大小及流动机理。研究发现：液力透平叶轮内存在速度滑移现象,速度滑移导致透平水头降低,并诱发了附着于叶片工作面的旋涡。透平滑移系数随比转速变化而变化,数值在0.2～0.4。比较反转泵液力透平透平工况与泵工况的滑移系数发现：当比转速大于50时,透平工况的滑移系数比泵工况的小,比转速低于50时,出现了透平工况滑移系数高于泵工况的情形。     

错列导叶对反应堆冷却剂泵水力性能的影响

本文采用数值模拟对交错形式的导叶叶片对于三代核电站反应堆冷却剂泵性能的影响进行研究。通过数值模拟和试验结果的比较验证了数值模拟的有效性。数值研究获得了不同交错叶片导叶方案下核主泵性能的变化。得到了水力性能曲线,轴向力曲线和压力脉动频谱图。数值结果表明:在额定流量下交错叶片稍微减少了水力效率,但对扬程、轴向力和功率几乎没有影响。交错叶片导叶有利于压力脉动,降低了水力部件内部压力脉动的振幅幅值,交错角3/4的方案是一个比较好的选择。     

低比转速磁力泵水力部件的优化设计

分析了低比转速离心泵水力部分的主要几何参数对离心泵性能的影响，并针对磁力泵的一些特点对水力部件进行了优化设计，取得了良好的效果。     

CAP1400屏蔽电机主泵高效水力模型研发

大型三代先进压水堆核电站最后一个难度最大的重大装备CAP1400大功率屏蔽电机主泵正在国产化研制,关键水力部件叶轮和导叶的水力设计是核主泵科学研究中的一项重点也是难点。基于前期相关研究基础,研发设计比转速约105的混流式缩尺(1∶2.5)高效水力模型,探讨模型建立、参数化水力设计、CFD数值计算与水力性能优化、模型试验与性能分析;针对最优效率点和流动损失进行探讨,给出多重约束下高效叶轮和导叶设计建议。模型试验得到水力模型设计点效率为84.92%、性能曲线变化平缓、运行范围内效率高、且汽蚀性能良好;换算到真机工况效率达到88.3%。该水力模型成为重大专项CAP1400屏蔽电机主泵水力部件采纳的设计方案之一,为后续核主泵水力部件的高性能设计、工程应用提供重要借鉴和原始技术积累。     

错列导叶对CAP1400核主泵水力性能的影响

本文采用数值模拟对交错形式的导叶叶片对于大功率屏蔽电机主泵性能的影响进行研究。通过数值模拟和试验结果的比较验证了数值模拟的有效性。数值研究获得了不同交错叶片导叶方案下大功率屏蔽电机主泵性能的变化。得到了水力性能曲线,轴向力曲线和压力脉动频谱图。数值结果表明交错叶片导叶对大功率屏蔽电机主泵性能的影响：在额定流量下交错叶片稍微减少了水力效率,但对扬程,轴向力和功率几乎没有影响。交错叶片导叶有利于压力脉动;交错叶片导叶降低了水力部件内部压力脉动的振幅幅值。交错角3/4的方案是一个比较好的选择。     

离心泵S形叶片流动特性及水力性能分析

对离心泵而言，叶片出口角β₂是影响泵性能的一个重要参数。基于Fluent离心泵全流场数值模拟，对某型号低比转数离心泵进行了大出口角叶形的改形设计，研究了不同大出口角对离心泵水力性能的影响，并对比分析了原模型泵与S形叶片离心泵水力特性及流动特性。结果表明：离心泵扬程随着出口角的增大而增大，在出口角为90°时达到最大值。当出口角为90°时，S形叶片的水力性能最佳，在设计工况下及大流量工况泵扬程显著提升且效率有小幅度提升，但小流量工况下泵效率略有下降。S形叶片可以有效抑制离心泵叶轮内的边界层分离现象，且随着流量的增大抑制效果越明显。     

基于PB-NSGA-Ⅲ算法的高速离心泵叶轮性能优化研究

为探索提高高速离心泵综合水力性能的方法，以IS-60-50-158型高速泵叶轮的几何模型为基础，对高速泵叶轮进行了多目标优化设计。首先，采用数值模拟方法对初始的高速泵进行了数值模拟，并确定了设计参数；然后，确定了优化变量并对优化变量均匀抽样，建立了叶轮几何参数组合与性能参数间的近似模型；最后，应用双指标的基于参考点非支配遗传算法(PB-NSGA-Ⅲ)求解并寻找出满足性能要求的几何参数组合，以优化高速泵叶轮模型，并对优化结果和高速泵的流场进行了对比分析。研究结果表明：将优化后的叶轮用于该高速泵，进行全流道数值模拟分析后，设计工况点的水力效率提高了2.22%;叶片头部的静压有所提高，最低静压区域面积减少。数值模拟结果与优化方法获得的性能参数有很好的一致性，证明该优化方法可快速、可靠地对高速泵叶轮进行多目标水力优化设计。     

开式叶轮离心泵性能的CFD模拟方法

现有针对离心泵性能的数值模拟研究中,由于计算时未准确考虑泵内间隙和平衡孔的影响,一些低比转速的开式叶轮离心泵的性能预测结果出现较大的误差,因此很有必要建立合理的计算方法来提高性能预测精度。以一台低比转速的开式叶轮离心泵为研究对象,对其内部流动进行三维数值模拟,探讨建模、数值方法和湍流模式对预测结果的影响。通过模型泵试验台上的性能测试,得到泵的流量、扬程、功率和效率等性能参数。通过对比数值模拟与试验结果,验证数值模拟的可靠性,并分析后盖板切除区域、间隙和平衡孔对流动结构和性能的影响。分析结果显示,改进模型能很好地预测开式叶轮的性能,在计算模型中忽略后盖板切除区域能提高计算精度:采用滑移面方法能够提高网格质量,但也增大了非设计工况下的计算误差:对于开式叶轮离心泵的模拟,Realizableκ-ε模型相比κ-ε,RNGκ-ε和Spalart-Allmars等模型具有更高的计算精度和稳定性。所提建模和计算方法可提高低比转速离心泵的性能预测精度,尤其适合于开式叶轮离心泵的流场模拟。     

长短叶片叶轮双吸离心泵径向力数值仿真

将1200S56型单级双吸离心泵原型叶轮改型为长短叶片复合叶轮,以该改型双吸长短叶片复合叶轮离心泵为研究对象,基于CFD理论对该离心泵内部流场进行数值仿真。通过改变边界条件获得不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压、速度分布。采用叶轮出口压力法分析该离心泵在不同工况下的径向力,并与原型叶轮离心泵径向力分析结果对比。结果表明:采用长短叶片复合叶轮使叶轮出口的静压力及绝对速度变大,增加了离心泵的扬程,有效的提高了泵的整体水力性能;短叶片的增加使该泵径向力的最小值点向大流量偏移,出现在1.2倍额定流量工况,最小值由原型叶轮的5574N减小到1494N;采用长短叶片复合叶轮改善了泵在大流量工况下的径向受力情况。     

基于CFturbo和SolidWorks的螺旋离心泵设计方法研究

螺旋离心泵是一种防堵塞性能优秀、高效区宽广以及功率曲线平坦的单叶片杂质泵,主要应用于食品输送、污水处理和制浆造纸领域。但目前该泵设计方法尚不成熟,较为依赖设计者的设计经验,同时传统的螺旋离心泵水力模型设计方法和绘制过程较为陈旧,这也造成该种泵设计效率普遍不高,设计成本较大。因此本文通过研究现有螺旋离心泵的设计方法,对现有经验公式进行修改,并使用CFturbo和SolidWorks相结合的方法对螺旋离心泵水力模型进行开发。该方法能够明显简化设计流程,且设计出的泵水力性能较好,数值计算显示,该方法设计的比转速为145、包角为600°的螺旋离心泵优化后设计工况点的水力效率达到73.83%,最佳工况点的水力效率达到75.95%。     

泵变转速工况特性的动态仿真

研究了泵在不同转速工况下的工作特性，提出了一种模拟泵变转速工况特性的方法，并编写了计算机仿真程序对该方法进行了验证，所得结果和实验数据吻合较好，说明该方法对于模拟泵的变转速工况特性有一定的实际意义和参考价值。     

压水室当量扩散角对离心泵空化和效率的影响

在离心泵水力模型研究过程中,通常要分别对多个叶轮及多个压水室进行优化设计,然后相互配对组合成多个水力模型。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟进行筛选,再经过模型泵试验,最终确定水力模型方案。在叶轮不变以及安装试验条件不变的情况下,通过采用不同当量扩散角的压水室,来研究单级离心泵空化性能的变化。实验测试与数值模拟的结果均表明:压水室当量扩散角对离心泵性能有明显的影响。当量扩散角较大时,离心泵的水力效率较高,最高效率点流量较大;而当量扩散角较小时,离心泵的空化性能较好。     

离心泵叶轮变转速工况的内部流动测量

本文利用可视化的激光粒子成像测速技术(PIV)使用自制的同步器对离心泵叶轮的变转速工况进行了内部流场的速度测量。获得了变转速工况下试验测量区域的速度分布。测量结果显示在变转速工况下,扬程随转速的变化而变化。高转速的速度比低转速的速度数值要大,但速度的方向和分布相似。     

低比转速清水离心泵的设计

针对低比转速离心泵的特点,结合现有设计方法,对水力部件特征参数的取值优化设计。与此同时,根据不同泵型的结构特点,有意识地进行优选参数的组合,以期达到设计目标。为此分别通过非穿轴泵、穿轴泵的成功案例进行分析,考虑离心泵多参数之间的交互作用,为低比转速清水离心泵的研发设计提供参考。     

叶片空间型面造型对离心泵性能的影响研究

为了研究叶片空间型面造型对离心泵外特性、内部流场的影响,以一台普通离心泵为研究模型,利用Cfturbo软件设计了两种相同设计参数,不同叶片型面造型的叶轮模型,采用标准k-ε湍流模型对两种模型叶轮离心泵内部流场进行单相定常数值模拟,并采用RNGk-ε湍流模型对两种叶轮模型离心泵空化性能进行数值模拟,得到内部流场特征、水力性能。并通过离心泵性能试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:设计工况下,自由曲面叶片叶轮离心泵的扬程比倾斜直纹面叶片叶轮离心泵高0.45 m,NPSHR相同;通过优化倾斜直纹面叶片叶轮完全可以代替自由曲面叶片叶轮,降低企业的生产成本。