离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,并根据模拟结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

IS型离心泵内部流动的三维数值模拟

基于标准κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法,采用Fluent软件对一台IS型离心泵内部整个三维流场,在不同工况下分别进行了定常湍流计算,并分析了不同工况下内部流动的差异性,获得了离心泵各过流部件内的流动特生,发现隔舌的存在导致泵内流动呈现非对称性.在数值模拟的基础上,得到该离心泵的性能曲线,并与试验性能曲线进行对比,结果显示两者在总体上吻合.     

离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析

为揭示离心泵在输送固液两相流时颗粒密度和粒径对泵性能和磨损的影响,采用Realizable k-ε湍流模型（液相）和DPM离散相模型,对模型泵内固液两相流动进行定常数值模拟,研究固液两相流场中颗粒的运动轨迹以及磨损规律。结果表明：随着颗粒密度和粒径的增大,模型泵的扬程和效率均下降;密度、粒径越大的颗粒,其运动轨迹越易偏向叶片工作面;随着颗粒密度的增加,叶片工作面以及蜗壳内的磨损程度加剧,但是叶片背面的磨损减轻,颗粒相应地在叶片工作面和蜗壳外壁边缘聚集;随着颗粒粒径的增大,蜗壳整体磨损程度加重,其中蜗壳的隔舌区域、Ⅱ区域和Ⅵ区域磨损程度最严重;叶片整体磨损程度逐渐降低,且叶片工作面磨损程度大于叶片背面。

     

基于非定常空化流动的离心泵涡旋结构数值分析

To elucidate the formation mechanism of the vortex structure in cavitation flow, the unsteady cavitation flow field of the centrifugal pump was investigated by simulation. The two-dimensional vortex structure on the mid-section was examined based on the method with velocity components. The vorticity on the blade surface and the evolution of the periodicity was compared. In addition to investigate the three-dimensional vortex structure in the impeller passage, the new Omega vortex identification method was also utilized. The results show that: as the NPSHa decreases, the cavity coverage area grows progressively, and the local vortices emerge and the flow in the pump becomes disordered. Due to the effect of cavitation flow field, the vortex structure is mostly formed and evolved on the blade suction surface. During the critical cavitation, the vortex is also detached the blade surface as the cavity rolls up. At the effect of rotor-stator interaction, the blade trailing vortex sheds and attaches to the volute wall at the front end of the tongue. According to the Omega method, the structure of the three-dimensional vortex within the cavity is stable. At the critical cavitation condition, the structure of the three-dimensional vortex downstream of the impeller passage is fragmented and disordered.     

低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流数值模拟

对自激脉冲发生的物理过程进行分析，采用气液双流体理论，考虑圆孔射流的轴对称性，耦合振荡腔内的空化模式，建立二维非定常气液双流体模型的控制方程．采用气液两相流SIMPLE解法，对低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流进行数值模拟，追踪振荡腔内空化的演变过程，解释低压大流量自激脉冲射流的发生机理．     

双吸离心泵叶轮空化流动预测的数值分析

基于CFD数值模拟和外特性试验并重的方法,结合RNG k-ε湍流模型、欧拉两相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用非结构化网格和SIMPLEC算法,对一台单级双吸泵内的空化流场特性进行多工况下的定常数值研究,得到以下主要结论:不同流量泵内部空化发展速度不同,小流量发展速度较慢,各阶段空化数相对较小,大流量时空泡发展速度更快;液体流经双吸式叶轮结毂处与双涡壳隔板起始端时会产生液体之间或液体与固体之间的相互作用,导致流体液流角发生变化,出现脱流与漩涡,使这些位置及附近区域由于能量耗散造成压力减小,进而导致空泡析出;此现象在0.6Q_d工况下最明显,说明小流量工况液流角更易发生变化。     

离心式纸浆泵内部流动的数值模拟

为研究小流量工况下离心式纸浆泵内部流动特性,采用Mixture多相流模型对某一离心式纸浆泵内部流动进行三维不可压两相湍流流动计算,并与清水工况的计算结果进行了比较。对比分析了不同流量工况及介质对泵内流体速度、压力和体积浓度分布的影响,并预测了水力性能。结果显示:纸浆泵叶轮流道内速度变化不均,存在大面积回流;相同介质时,流量越小叶轮流道内部流动越不稳定;相同工况下,清水介质下的流动较两相流时更为稳定;两相流时泵的扬程及效率整体都低于清水介质;纸浆分布局部不均,叶片表面进口处叶根和叶顶部位浓度较大,易造成局部磨损,降低叶轮寿命。     

叶片包角对离心泵空化性能的影响

为了研究叶片包角β对离心泵空化性能的影响,以100MP200单级单吸离心泵为模型,在保持其他叶轮几何参数不变的情况下,设计了4种不同包角β的叶轮,基于完全空化模型和RNGk—ε湍流模型对离心泵进行数值模拟,分析不同包角下叶轮流道内的空化性能和空泡体积分布规律。结果表明:叶片包角β对离心泵的扬程和效率有明显相关性,在叶片包角β=160°时具有最佳的扬程和效率;最佳包角为β=160°的叶轮具有最佳的抗空化性能,空化区域面积比其他三种包角叶轮有显著的减小。     

倾斜管内油水两相流数值模拟

倾斜管内的油水两相流流动是油田地面集输管道内最常遇到的流动现象。采用VOF在不同含水率和混合流速条件下对不同角度的倾斜管内的油水两相流进行数值模拟。通过计算可知,管内流型受管道倾斜角度影响。倾斜管内的油水两相流压降与含水率和流体混合流动速度有关,倾斜管内流体压降随含水率的增大而减小,随流体混合流动速度增大而增大。倾斜管压降计算公式对高含水期的油水两相流压降规律预测同样适用。     

低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流数值模拟

对自激脉冲发生的物理过程进行分析,采用气液双流体理论,考虑圆孔射流的轴对称性,耦合振荡腔内的空化模式,建立二维非定常气液双流体模型的控制方程.采用气液两相流SIMPLE解法,对低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流进行数值模拟,追踪振荡腔内空化的演变过程,解释低压大流量自激脉冲射流的发生机理.     

节段式多级离心泵全三维湍流场的数值模拟

选取工业中常用的DF型多级离心泵作为研究对象,数值计算使用了FLUENT软件及其RNG k-ε湍流模型和多重参考坐标系,实现了节段式多级离心泵任意一整级（包括叶轮导叶在内）的全三维流场的数值模拟.模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动.液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低.计算结果得到了泵外特性实测值的验证.     

离心泵内流场特性分析

以一给定参数的具有扭曲叶片的中比转速离心泵为研究对象,绘制其二维叶轮轴面投影图、蜗壳断面图以及蜗壳平面图,并使用UG NX6.0软件对其进行三维建模,将由UG导出的parosolid格式的三维流体域模型导入到CFX中进行网格划分,采用ANSYS CFX12.1软件对其内部流场进行数值模拟及性能预测,得出离心泵在设计工况及几个典型的非设计工况点的扬程、轴功率等反映离心泵外特性的数值计算结果,用OriginPro 8软件绘制出流量-扬程、流量-效率曲线,表明该泵的扬程随着流量的增大而减小,效率随着流量的增大而先增加后减小。     

带前置导叶离心压缩机非定常流动的数值模拟

利用CFX对无导叶和前置导叶大预旋角度下离心压缩机内部流动进行了数值模拟,分析了叶轮表面的压力分布规律.前置导叶正预旋40°的非定常流动计算结果显示,导叶及叶轮表面均发生了流动分离,导致流场内产生了较大的压力波动,波动主频率为2 422 Hz,叶轮流道内旋涡的周期性发展是导致叶片表面压力波动的主要原因.     

无过载离心泵内部流场的三维数值模拟

采用标准κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对满足最大轴功率值小于或等于1.1倍的额定功率值的无过载离心泵进行数值模拟,得出叶轮内流道的压力和速度分布规律,为无过载离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供了依据。并根据泵进出口速度、压力分布规律,预测了泵的能量特性曲线,实验表明:预测的结果较为理想,但在偏离设计工况下的湍流模型还需要做进一步研究。     

轴流泵内部三维湍流场的数值模拟

基于流体动力学计算分析的FLUENT软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对轴流泵内部流场进行了数值模拟,并分析了该轴流泵在小流量工况﹑设计工况和大流量工况下叶轮内的速度分布和压力分布以及泵的外特性,得出了该轴流泵的扬程和效率随着流量的变化规律。研究结果有助于解析轴流泵的内部流动机理,并对泵的水力设计提供重要的参考。     

偏心环状管流的数值模拟

在全面调研了国内外关于偏心环状管道层流的研究文献之后，发现几乎都利用经济公式或近似估计式进行水力计算，这与石油工业中的广泛应用不相适应，根据流体力学中N－S方程对层流的描述，再结合力学理论，对偏心环状管流的界面提出严密而科学的界面耦合条件，得到了完整描述偏心环状管流的适定的偏微分方程组，然后通过数值模拟，得到了偏心环状管流的数值解。     

气液两相多级液力透平的全流道数值模拟

以DG85-80五级节段式离心泵做液力透平,基于CFD软件,采用N-S方程和标准κ-ε湍流模型,选择Mixture多相流模型,利用SIMPLE算法,对其在纯水介质和气液两相介质时进行全流道数值模拟,得到透平的外特性曲线和内流场规律。结果显示:气液两相透平在最优工况点的压头、功率比纯水透平的高,而水力效率和质量流量较纯水透平的低;在最优工况点,随着级数增加,气液两相透平各级导叶、叶轮进出口压差增大,其内部压力分布的不均匀性增加,叶片工作面进口附近的漩涡区域减小;与小流量时的透平相比,大流量时透平各级叶轮、导叶内部的气体体积分数较大,透平叶轮出口附近的高含气率区域较小,各流道中气体分布的不对称性加剧。       

低比转速离心泵内部流场数值模拟

采用三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart—Allmaras湍流模型,对复合叶轮离心泵内部三维流场进行整机定常数值模拟,得到了复合叶轮离心泵内部流场的速度分布和压力分布。分析在不同流量点下复合叶轮和蜗壳内部流场,揭示离心泵内部的重要流动特征,证实了过流部件间相互作用引起的离心泵内部流场的不对称性。数值模拟结果表明,复合叶轮离心泵的整机数值模拟分析能够较准确地预测出离心泵内部的流场结构及性能参数。