双蜗壳混流泵内部流场数值模拟与叶轮改型设计

以某双蜗壳混流泵为研究对象,利用计算流体动力学(CFD)商用软件CFX中RNG κ-ε湍流模型及全隐式多网格耦合求解算法对其3种工况下的内部三维湍流流动进行数值模拟,分析了3种工况下叶轮内的相对速度和压力变化及设计工况下蜗壳内部流动的冲击、二次流现象,并探讨了提高混流式叶轮水力性能的改型方法.     

基于CFX的混流泵内流场数值模拟

基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,采用流体计算软件ANSYS-CFX计算了额定转速下190～300L/s流量范围内9个工况点的某混流泵内部流动,研究了小流量工况、最优工况和大流量工况等工况下叶片压力面、吸力面的静压分布及各断面翼型附近的相对流速分布;通过分析混流泵内部流动速度和叶片表面静压分布,揭示了其内部流动的主要特征。预测了泵的水力性能,并与泵模型性能试验结果进行了对比。结果表明,最优工况时数值模拟与试验结果吻合较理想,满足工程实际的需要。     

混流泵作透平的数值计算与试验

为探究混流泵作透平内部的流动特性,选取1台比转速为220的混流泵进行外特性试验,采用全流场和结构化网格技术对透平内部流动状况进行数值模拟,得到不同流量工况下透平内部的流场分布和压力分布,并用速度三角形对透平内部流场变化进行分析。结果表明,透平进口到出口压力逐渐降低,随着流量增加,透平进出口压差逐渐增加,叶轮内部涡漩位置和大小发生变化,尾水管内液流圆周分速度方向发生变化;透平总水力损失随流量的增加而增加,其中叶轮水力损失占比最高,因此混流泵作透平的优化应集中在叶轮部分。     

超低水头水轮机流动数值模拟及水力性能研究

为开发经济实用超低水头（净水头低于5 m）的水轮机,基于流体动力学理论对可应用于水能、波浪能发电的某超低水头水轮机进行了内部流动数值模拟及性能预测,并分析了水头和转速特性。结果表明,在1.5~5.0 m水头范围内,水轮机效率较高,变化平稳,输出功率主要取决于水头。     

基于CFD的轴流泵后置导叶水力性能分析

为了解轴流泵后置导叶的水力性能,基于RNG湍流模型,采用计算流体动力学CFD软件Fluent,应用SIMPLIEC算法对轴流泵模型装置全流道进行了数值模拟,分析了四种不同流量下导叶体的内部流动特性,研究了导叶的水力性能。结果表明,导叶的水力损失随流量的增加先减小后增大;在设计流量处导叶水力损失最小,导叶压力转换能力最好;小流量下叶轮进出口处水流流态紊乱,导叶流道内出现漩涡回流,是导致导叶水力损失较大的主要原因;大流量下叶轮出口水流轴向速度较大,水流导叶进口边撞击将导致导叶体水力损失增加,水力性能下降。     

含砂水对混流泵过流部件磨损的数值模拟

为了分析含砂水介质通过混流泵时的流场特性及叶片磨损情况,基于UG软件对混流泵进行建模并利用ICEM软件对其进行网格划分,使用CFX软件对含砂水两相流介质通过混流泵时的内部流场进行模拟分析。结果表明:混流泵磨损主要集中在叶轮叶片和空间导叶处,而且在叶片进口处容易出现磨蚀现象;混流泵扬程随流量增大而减小,效率随流量先增大后减小,且混流泵输送含砂水效率低于输送清水效率。     

基于不同湍流模型的混流泵内部流动及性能研究

以低比转数混流泵为例,基于CFX软件,分别选取标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、剪切应力传输SSTκ-ω模型、BSLκ-ω模型4种湍流模型,模拟了该混流泵在设计工况和非设计工况下叶轮内流场的流动分布及叶片压力变化情况,并对比分析了外特性计算结果与试验结果。结果表明,基于4种湍流模型的计算结果与试验结果均基本一致,其中基于标准κ-ε模型的扬程、效率的预测结果与试验结果更为接近。     

喷灌管网系统水力特性数值模拟研究

从系统分析的观点出发，以管网结点平衡方程为基础，建立了求解喷灌管网系统内各类水力单元直至全系统水力特性的数值计算模拟模型，给出了求解方法，经实际工程验证，模拟计算结果能如实地反映了选型配套及优化运行先进提供了可靠的快速计算方法。     

旋流竖井段水力特性数值模拟

采用标准κ-ε模型和VOF方法相结合,实现了水平旋流竖井段的水力特性的数值模拟．并计算了不同收缩比起旋器出口情况下竖井段的水力特性。模拟计算结果与试验结果对比表明,旋流竖井段的水力特性采用这种标准,κ-ε模型的模拟效果较好。     

基于CFD的导叶进口角对轴流泵水力性能的影响

为研究后置导叶进口安放角对轴流泵水力性能的影响,在常规导叶基础上将导叶分为进口段和出口段两部分,运用数值模拟的方法研究了5种导叶进口安放角对轴流泵泵段水力性能的影响。结果表明,轴流泵在偏离设计工况下运行时,通过调节导叶进口角度可以减小导叶进口冲角,改善导叶体内流态。在后置导叶原设计进口角度的基础上,沿旋转轴顺时针调节适当角度可提高大流量处的泵段效率,逆时针调节适当角度可提高小流量处的泵段效率。不同导叶进口角主要是保证多种工况下水流无撞击进入导叶室,对泵段的其他过流部件水力性能基本无影响。研究成果有助于轴流泵导叶性能的优化设计。     

多工况条件下斜流泵叶轮的强度分析

本研究通过选取0.4Q_d、0.6Q_d、0.8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d、1.4Q_d、1.6Q_d七个不同流量工况点,分别对斜流泵内部流场进行CFD(计算流体力学)仿真分析,结果显示叶轮承受的总压沿径向呈梯度分布,在叶轮进口处压力较小,出口处压力较大。通过流固耦合方法进行叶轮强度的数值计算,分析结果显示:不同流量工况下,叶轮变形量沿径向呈梯度增加,其最大变形量位于叶轮前盖板出口边缘,且等效应力集中点均主要集中于叶轮进口叶片与后盖板连接处。研究结果可为斜流泵叶轮结构设计和强度优化提供参考。     

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。     

某工程吹填泥沙堆积数值模拟及施工方法优化

在实际近岸吹填工程中,由于无法形成有效的围堰保护导致吹填沙流失、水质污染等严重后果,进而影响施工项目的整体建设,故利用Mike21FM和Mike21ST模型对非洲某吹填工程进行数值模拟,得到该吹填工程附近海域的水面线、流速、泥沙淤积等流场数据,并基于模拟结果对施工方法进行改进。结果表明,施工期间,排沙管口附近水面高程会产生波动且管口两侧流速较大,致使排沙方向偏移,影响最终吹填效果;优化后的施工方法可有效完成吹填任务。     

泵站进水池悬空高度水力特性数值模拟

鉴于水泵吸水管进口的悬空高度对水泵的进水流态和工作效率的影响,运用三维紊流模拟技术建立了雷诺时均N-S方程和连续性方程,将流速均匀度和水泵流量作为水泵性能评估的目标函数,采用基于标准κ-ε模型和水、气两相流VOF方法,对水泵进水池的不同悬空高度进行了模拟,分析了不同悬空高度下进水池的流动特性,揭示了进水池水流流动的水力性能差异。     

HDMG型高压五级离心泵设计及数值模拟

设计了一台HDMG型高压五级离心泵,阐述了其结构设计和水力设计过程,基于N-S方程和SST κ-ω模型,采用CFX软件对该泵内部流动进行了三维数值模拟,并分析了不同流量下反导叶内液体流动情况及其湍动能分布。结果表明,该泵设计良好,达到了预期性能要求。