无堵塞离心泵内部三维固液两相湍流场数值模拟

针对无堵塞泵叶轮内部流场的特点,选用颗粒拟流体的κ-ε-Α_p模型模拟两相湍流,基于SIMPLEC算法建立压力修正方程来满足连续性方程和动量方程间的耦合关系,并由此建立了两相湍流的时均控制方程组,采用GEM-CHIP算法编制程序对叶轮内流进行模拟,并实现了模拟结果的可视化。模拟结果揭示了无堵塞泵叶轮内部流动的某些特征:叶轮前盖板一吸力面处存在射流—尾迹区,流体相与颗粒相之间有速度滑移,且滑移值随流道逐渐降低。     

流场测试技术及其在离心泵中的应用进展

本文分析了离心泵内部流动的非定常性质，介绍了各种流动测量方法，重点介绍了几种现代流动测量方法，如激光多普勒测速技术(LDV)、相位多普勒技术(PDPA)、粒子图像测速技术(PIV)、激光分子测速技术(LMV)和压敏涂层测压技术(PSP)的基本原理和发展。并简要评述半个多世纪以来离心泵内部流动测量的研究进展。     

无堵塞泵叶轮三维贴体网格生成

网格生成是数值模拟的关键技术之一，而无堵塞泵叶轮其叶片弯曲严重、包角大、型线特殊等特点，网格生成技术具有特殊性。采用求解泊松方程的方法实现无堵塞泵叶轮三维贴体网格的自动生成，其中通过源项控制来满足网格的正交性及疏密调整等要求。计算时根据边界处网格线正交的控制角和控制距离的几何约束确定边界条件，可使壁面函数法的条件得到满足，并能将第二类压力边界条件直接用于计算，减少数值误差。     

核主泵小流量工况压力脉动特性

为研究小流量工况下核主泵内部压力脉动的变化规律,基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε两方程及SIMPLEC算法,应用CFX软件对核主泵小流量工况进行定常和非定常数值计算,得到泵内部流场和各工况监测点的压力脉动,并将时域信号进行快速傅里叶变换为频域信号。结果表明:核主泵内压力脉动明显,叶频在由压力脉动诱发的振动中起主导作用,主要表现为叶轮和导叶间的动静干涉。叶轮导叶流道内的回流造成了小流量工况叶轮和导叶流道及其周向的不稳定压力脉动,回流主要存在于叶轮和导叶进出口位置,因此该区域的压力波动剧烈且周期性差。核主泵的振动,不利于核电站的安全稳定运行,通过对小流量工况的压力脉动分析,对预测核主泵在极端工况下的动态特性和推进核主泵国产化具有十分重要的意义。     

低浓度石灰浆雾滴荷电特性的试验研究

为深入探索石灰浆液荷电雾化脱硫的机理,对石灰浆雾滴荷电特性进行了研究。通过石灰浆雾滴荷质比、喷雾场的测试和机理分析表明:石灰浆雾滴的荷电效果与浆液流量、雾化角、充电装置结构参数、充电电压等诸多因素有关;荷质比随浆液流量、雾化角的增大而增大,但雾化角进入稳定值后继续增大流量对提高荷质比的作用不明显;电极放电电压随喷嘴与电极距离、名义雾化角和流量的增大而减小;在本试验条件下,流量<45 L/h时存在最佳电压值,约为11 kV,流量>45 L/h时荷电电压值宜控制在约12 kV;石灰浆雾滴荷电能有效地使雾滴细化而且分布趋向均匀。     

离心泵负载下的电机定子电流特性研究

为了探索离心泵运行工况与电机定子电流之间的关系,通过数值模拟分析了不同运行工况下的离心泵水力负载转矩特性,可知水力矩呈周期性变化,均值随着流量的增大而增大,水力矩脉动强度均方根随着运行工况偏离设计工况而增大。通过理论分析可知,转矩特征将以工频调制方式反映在电机定子电流中。通过试验测得了电机定子电流,计算了定子电流均方根,并用奇异值分解法（singular value decomposition,简称SVD）消去电网工频信号,实现反映离心泵运行状态的电流特征提取。结果表明：定子电流均方根（root mean square,简称RMS）与水力负载转矩的均方根变化特征一致。根据计算处理后的定子电流总谐波失真(total harmonic distortion,简称THD)可知,THD呈现出随离心泵运行工况偏离设计工况而增大的趋势。     

离心泵变工况过渡过程瞬态水力特性研究

为研究离心泵汽从设计工况向非设计工况过渡过程的瞬态水力特性及内部流动机理,通过pro/E软件对离心泵内部流道进行三维造型,利用雷诺时均N-S方程和 两方程及SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件CFX对离心泵叶轮流道内的变工况瞬态流动特性进行数值模拟计算,研究分析离心泵在进口压力连续下降时其内部的汽蚀特性进行数值模拟,并与试验结果进行对比, 结果表明：数值模拟结果与试验结果的变化趋势一致。流场分析表明：变流量过渡时,叶轮流道内的压力值没有明显增大,但压力变化幅度随流量的变化而增大;向大流量过渡时,流量增加对叶片瞬态载荷影响不大,而向小流量过渡时,由于二次回流等因素的存在对叶片瞬态载荷影响很大;由设计工况向汽蚀工况的过渡过程中,在临界汽蚀余量时,受到气泡相的影响叶片的瞬态载荷变化较大,特别是进口处叶片载荷瞬态变化更大;压力值与其幅度都出现急剧下降;作用在叶轮上的径向力大小和方向也急剧增大。     

叶轮空蚀状态下离心泵振动特性分析

空蚀是指空化过程中产生的空泡溃灭引起过流表面材料损坏的现象。为研究离心泵叶轮空蚀后的振动信号特征,选用IS-50-160-00单级单吸离心泵为试验对象,基于虚拟仪器技术搭建试验泵系统。测得离心泵空蚀条件下的振动信号,采用均方根(RMS)分析、峭度(K)分析两种统计方法对发生空蚀后的离心泵振动信号的平均能量、冲击波能量进行分析,采用短时傅里叶变换(STFT)分析了振动信号的时频域特性。分析结果表明:空蚀条件下整体来看基座方向和轴向方向振动幅值较大且都是无规则振动,而横向方向和纵向方向上的振动信号振幅相对较小;振动信号的能量随着流量的增大呈现先减小后平稳再增加的趋势,空蚀增加了振动信号的能量值;空蚀加剧了液体对离心泵的冲击使得振动信号峭度值增加,且基座方向峭度值大于3可作为空蚀故障的诊断参考标准;通过时频谱分析可知空蚀发生后流体可能对离心泵存在冲击波及冲击波导致的脉冲信号,且空蚀后产生了高频振动信号,高频带的振动信号可为离心泵空蚀故障诊断提供参考。研究叶轮空蚀后离心泵振动信号的特征有助于及时发现离心泵空蚀故障的发生,从而调整运行参数,以免造成严重后果。     

离心泵叶轮轴面图的3点水力优化

叶轮轴面图设计的好坏直接影响离心泵效率,以双圆弧轴面图上的前盖板圆弧半径、前盖板倾角、后盖板圆弧半径、后盖板倾角几何参数为自变量,以3个工况点的加权平均水力效率最大为目标,采用Isight集成Pro/E、Gambit和Fluent对离心泵叶轮轴面图进行自动数值优化.采用超传递近似法来确定3个目标函数的权重因子.采用最优拉丁方试验设计方法确定优化样本.并采用该方法对一比转数为84.8的离心泵在0.8、1.0和1.2倍设计流量下的水力性能进行了优化.结果表明:优化后的3个工况点的加权平均水力效率提高了1.42百分点.因此,建立的离心泵叶轮轴面图的3点水力优化方法是可行有效的.     

基于CFX的国内某300MWe级核电站主泵内部流场数值研究

从反应堆冷却剂泵的经济性出发,以国内某300MWe级核电站主泵为对象,利用计算流体技术(CFD)对其内部流场进行了数值研究,以效率为中心,重点分析了主泵叶轮段、导叶体段的速度、压力分布.通过计算9个不同流量点,得到了叶轮段和整个泵段的性能曲线,并根据对比分析结果提出了优化设计方案.