基于CFD技术的部分流泵几何参数对其性能的影响研究

根据叶片泵基本方程,推导出考虑叶片滑移时叶轮外径及叶片数与部分流泵扬程的关系式,并对部分流泵进行水力设计。首先建立部分流泵的三维模型,再利用CFD技术,基于RANS方程,采用标准k-ε湍流模型,对其内部三维流动进行数值模拟。模拟结果显示,部分流泵随着叶轮外径从279 mm到287 mm变化,其扬程和效率都有所增大,但增大的幅度较小;当叶轮外径从287 mm到289 mm变化时,其效率出现下降。部分流泵静压分布均匀合理;改变叶轮的叶片数,随着叶片数从8、10、12变化,部分流泵的扬程和效率也相应增加。通过数值试验,模拟结果与理论推导相符。     

叶片倾斜角对油气混输泵性能的影响

以自主研发的YQH-100型三级轴流式油气混输泵为研究对象,基于Mixture模型的两相流理论,改变叶片倾斜角,在含气率(GVF)分别为0、10%、30%、50%和70%情况下,通过计算流体力学的分析方法对油气混输泵内部流动进行数值模拟,研究叶轮内部气相及压力分布情况,并对其外特性曲线进行分析。研究结果显示:在纯水工况下,叶片倾斜对扬程的影响较大,原模型M4的扬程较最差方案M1(叶片倾斜-10°)高8m;方案M3(叶片倾斜-4°)的扬程较原模型低1.4m,效率较原模型高0.14个百分点;在小流量工况下,原模型的效率较高;在不同含气率工况下,方案M3(叶片倾斜-4°)的增压比原模型低14kPa,效率较原模型高0.22个百分点;叶片适当倾斜一定的角度,可有效减小气团在叶片工作面轮毂侧的聚集面积,使混输泵内部气液两相均匀混合,提高混输泵效率;轴流式油气混输泵的最佳叶片倾斜角范围为-4°~0°。本研究可为油气混输泵的设计及水力优化提供参考依据。     

油气混输泵叶片参数匹配的优化

在现代石油开采领域多相混输技术已经成为一种新的趋势.多相泵是此技术中的主要设备,其设计方法主要结合轴流泵及压缩机的设计理论.本文在原YQH-100型油气混输泵的叶轮基础上,改变叶片数优化叶轮,并在Fluent中对流场进行模拟,结果证明:叶片数为4时,动叶轮性能较佳,为以后设计提供有益的参考.     

多相混输泵动叶轮流道内气相分布规律研究

为了揭示多相混输泵动叶轮流道内含气率的分布规律,基于标准k-ε湍流模型,以空气和纯水作为两相介质,采用Fluent软件在进口含气率为30％的工况下对泵内两相流态进行模拟,分析不同叶高下的气相分布特性.研究表明:在首级动叶轮叶片压力面轮毂附近的气相体积分数最大,而在次级和末级动叶轮叶片压力面上的气相体积分数基本相同;在不...     

筒袋泵首级叶轮结构参数对水力性能影响

为进一步提高立式筒袋泵性能,基于ＲＮＧｋ—ε湍流模型,对立式筒袋泵首级叶轮进行数值 模拟．通过分析改型前后各个流量状况下的外特性曲线和离心泵内压力云图,研究了不同叶片数和 不同叶片包角角度情况下离心泵扬程和效率的变化情况,为筒袋泵进一步改良提供了依据．结果表 明：随着叶片数的增加,离心泵各个流量情况下的最大效率值呈现先增大后减小的现象;随着叶片 包角的增大,离心泵效率先上升后下降,存在着一个对于离心泵性能最佳的包角角度;相较叶片数 改变对性能的影响而言,叶片包角改变对性能的影响较小．     

液体黏度对旋流泵性能和流动的影响

采用计算流体力学方法研究比转速为76的定型产品32WB8-12型电机直联旋流泵输送水和不同黏度黏油时的水力性能和内部流动,分析液体黏度对性能曲线、泵水力损失、泵腔内部液体平均旋转角速度的变化,给出3个工况下流量、扬程、效率和叶轮圆盘摩擦损失修正系数与叶轮雷诺数的定量关系式,并与离心泵输送黏油试验数据和现有修正系数换算方法进行详细对比。结果表明:与离心泵相比,旋流泵的叶轮圆盘摩擦损失占轴功率的百分比最多为5%,属低叶轮圆盘摩擦损失泵;液体黏度对流量和效率修正系数影响较小,对扬程修正修正系数影响较大;当叶轮雷诺数不低于1×104时,旋流泵可维持较佳水力性能,适合输送黏度较高的液体;泵腔内存在环流涡,其位置和大小、液体平均角速度大小同黏度有关。     

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。     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化

载荷分布是三元反问题设计中的关键参数,为分析叶片载荷分布规律对离心泵叶轮水力性能和气蚀性能的影响,采用软件CFX对叶轮a、b和c 3种不同叶片载荷方式的离心泵叶轮内流场进行数值模拟。由分析结果可知:不同叶片载荷对离心泵叶轮外特性存在较大影响,外特性性能最好的是叶轮b,但其吸力面进口处静压值最小,外特性性能其次的为叶轮a,其吸力面进口处静压值最大,所以在兼顾离心泵叶轮效率与气蚀性能的条件下,优化出最佳载荷分布方式为叶轮a,即外特性和气蚀性最好,在其最佳载荷的基础上对其载荷分布再次进行优化可知:叶轮a-3的载荷分布水力性能和气蚀性能较好。分析结果为离心泵叶轮三元反设计提供一定参考。     

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。     

基于水力损失计算的离心泵叶轮叶片出口安放角选择方法

为提高离心泵的效率,在泵叶轮内水力损失计算的基础上,通过推导建立叶轮水力效率和流量、转速、叶片数、比转速、出口安放角及叶轮设计系数的函数关系。据此关系,针对一台Q=100 m3/h、H=34 m、n=2 900 r/min的泵,编写性能预测程序,得出不同叶片数、不同k₀取值下的叶片出口安放角和水力效率的关系,可知当叶片数Z=5、β₂=29°、k₀=4.2时,叶轮水力效率最高。按设计参数设计叶轮,并构建叶轮和蜗壳模型,利用FULENT软件对其内部流场进行数值模拟,得出在设计参数下泵的水力效率达到89.43%,证明了用所提出的方法可以设计出高效的离心泵叶轮。     

Effects of blade rotation angle deviations on mixed-flow pump hydraulic performance

By model test and numerical simulation,this paper analyzed the effects of different blades with varying rotation angle deviations on the hydraulic performance of a mixed-flow pump.It was found that when some blades had rotation angle deviations,the hydraulic performance curves of the mixed-flow pump would move.With a positive deviation,the curves moved towards the large flow rate;with a negative deviation,the curves moved towards the small flow rate.When some blades had rotation angle deviations,the symmetry and uniformity of the pressure distribution inside the mixed-flow pump flow passage both decreased;the larger the deviation,the greater the decrease.When a single blade had a large rotation angle deviation,a rather clear low pressure area was formed,lowering the cavitation performance.When two adjacent blades changed simultaneously,under the small flow rate condition,adverse pressure gradient and flow separation occurred in the flow field,and a hump appeared in the head curve and the operation stability of the mixed-flow pump dropped significantly.Near the best efficiency point(BEP),the simultaneous change of two alternate blades produced a more significant change of pressure in the flow passage,with an even larger area.Compared to the effect of two adjacent blades,two alternate blades,when changed simultaneously,made the mixed-flow pump slightly less efficient,but with a flatter efficiency curve and relatively wider high efficiency area.By fitting the test results,a functional relation among the BEP of the mixed-flow pump QBEP,the number of deviated blades N,and blade rotation angle deviationαwas established,thus realizing an effective prediction of the BEP of the mixed-flow pump when blade rotation angles have deviations.By model test and numerical simulation,this paper analyzed the effects of different blades with varying rotation angle deviations on the hydraulic performance of a mixed-flow pump.It was found that when some blades had rotation angle deviations,the hydraulic performance curves of the mixed-flow pump would move.With a positive deviation,the curves moved towards the large flow rate;with a negative deviation,the curves moved towards the small flow rate.When some blades had rotation angle deviations,the symmetry and uniformity of the pressure distribution inside the mixed-flow pump flow passage both decreased;the larger the deviation,the greater the decrease.When a single blade had a large rotation angle deviation,a rather clear low pressure area was formed,lowering the cavitation performance.When two adjacent blades changed simultaneously,under the small flow rate condition,adverse pressure gradient and flow separation occurred in the flow field,and a hump appeared in the head curve and the operation stability of the mixed-flow pump dropped significantly.Near the best efficiency point(BEP),the simultaneous change of two alternate blades produced a more significant change of pressure in the flow passage,with an even larger area.Compared to the effect of two adjacent blades,two alternate blades,when changed simultaneously,made the mixed-flow pump slightly less efficient,but with a flatter efficiency curve and relatively wider high efficiency area.By fitting the test results,a functional relation among the BEP of the mixed-flow pump QBEP,the number of deviated blades N,and blade rotation angle deviationαwas established,thus realizing an effective prediction of the BEP of the mixed-flow pump when blade rotation angles have deviations.     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

长短叶片半开式离心叶轮内部流动的数值模拟

为了分析分流叶片对于半开式离心叶轮内部流动的影响，对轴向间隙为1.1 mm的4长叶片和4长4短叶片的两种半开式低比转速高速离心叶轮进行了研究.采用S A湍流模型和雷诺时均N-S方程，对叶轮内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析；并对离心泵进行了试验研究.数值计算结果表明，分流短叶片可以改善叶轮内部的流动；两个叶轮内部的静压力都由叶片进口到出口逐渐升高，等静压曲线几乎是沿圆周方向的；具有分流叶片的叶轮出口的压力系数较高.实验结果表明，具有分流叶片的叶轮离心泵的扬程和效率较高，说明分流叶片可以提高离心泵的性能.     

屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析

为深入研究核主泵水力部件的流动特性,基于连续性方程、雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,针对3种典型运行工况(0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d)下缩比系数为0.4的某型屏蔽式反应堆主冷却剂泵模型泵的三维不可压湍流流场进行定常数值模拟,对比分析不同工况下核主泵的压力分布与流场分布,描述叶轮、导叶与压水室的流动特征,并对造成这些特征的原因予以讨论和说明。同时,将数值计算的扬程值和效率值与在闭式试验台所做的试验结果进行对比,绘制出该模型泵在0.8Q_d~1.2Q_d的外特性曲线。结果表明:基于ANSYS CFX的数值分析方法能够有效预测核主泵的水力性能,揭示内部流场的特点,获得内部流动细节;在设计工况下,核主泵的水力性能最佳且流态保持均匀稳定;通过与非设计工况对比,较为全面的掌握了核主泵的流动特性。该研究可为核主泵的水力部件设计与优化提供一定的参考。     

螺旋轴流式多相泵长短复合静叶优化设计

以螺旋轴流式油气混输泵YQH-100为研究对象, 在此基础上对增压单元叶片轴向长度进行优化设计, 利用专业流场模拟软件Fluent 18.0进行流场数值模拟; 以水和空气作为介质, 通过对YQH-100复合静叶选取不同的长短叶片数, 在不同流量和含气率的工况下进行数值模拟, 得到混输泵增压单元压力场分布和含气率分布, 并计算出不同工况下整机的增压曲线, 扬程曲线以及效率曲线。通过对比得出在不同流量和不同含气率工况下, 复合静叶的叶片数为8-8时, 混输泵的效率和增压效果明显高于其他两种情况。其他两种情况, 增压单元气液分离较严重的地方位于静叶压力面弦长约2/3的处; 在静叶尾部叶顶处均存在局部压力过大和较大的漩涡。由此表明复合静叶叶片数为8-8时能提高整机性能。     

气-液两相条件下叶轮开孔对高速离心泵的影响

基于计算流体力学（CDF）对Q5H26型高速离心泵进行数值模拟分析，验证CFD数值模拟预测泵的水力效率和扬程的方法的可靠性，研究气-液两相条件下叶轮开孔泵在不同入口含气率对其效率和扬程的变化规律。结果表明:入口含气率在10%以下时，开孔后泵的扬程和效率均略低于初始泵；入口含气率达到10%时，开孔前后扬程和效率基本持平；入口含气率超过10%，开孔后的泵的外特性性能超过初始泵。对于气-液两相条件下的高速离心泵，当入口含气率超过10%时，使用开孔叶轮可有效提高其扬程和工作效率。