基于正交试验的双流道泵叶轮优化设计与试验

为了提高双流道泵的水力性能,实现叶轮与蜗壳的最优匹配,以双流道泵为研究对象,选择控制叶轮流道中线的前盖板圆弧R1、后盖板圆弧R2、平面流道中线包角ψ和系数m为设计因素,每个因素取3个水平,应用正交试验法设计9组试验方案。利用CFD软件对设计的9副叶轮进行数值优化,以扬程、效率作为方案评价的指标,通过极差分析得到最优方案;通过对比分析原始模型与优化模型的内部流动情况,验证优化方案的有效性。结果表明:额定工况下,优化后泵的扬程较原始模型提高0.59 m、效率提高了5.4%;大流量工况点,优化后扬程和效率提升更加明显;包角ψ和后盖板圆弧R_(2)对泵的性能影响较为明显;通过对比分析额定工况下优化前后水泵中间截面流线发现,优化后的叶轮与蜗壳匹配更合理,蜗壳中的水力损失明显减少。

低比转数双流道潜污泵无过载的设计方法

低比转数泵的轴功率曲线随着流量的增大不断上升,在低扬程工况下使用有可能会导致泵过载而烧毁电机;双流道叶轮具有抗缠绕能力强、防堵塞性能好、平衡性好等优点;无过载功率曲线的有极值在整个流量范围内,其功率都不会超过额定功率。结合三者研究出一种解决因泵过载而烧毁电机的方法。文章在实验研究和设计理论的基础上,通过实例介绍低比转数双流道潜污泵无过载的水力设计过程,重点阐述无过载的设计方法。分别对叶轮和蜗壳的关键参数进行分析计算和取值,得出完整的设计方案。试验结果表明:该方法实用、可靠,具有广阔的市场推广和应用前景。

双流道PV/T集热器冬季运行工况分析及优化

该文建立PV/T集热器非稳态传热数学模型,通过现有实验平台实测数据验证模型可靠性后,对水冷型PV/T集热器以及空气/水双流道PV/T集热器性能进行模拟研究;在此基础上,从运行参数角度对双流道PV/T集热器性能进行运行优化。研究结果表明:在太原地区冬季工况下,当水流量为0.01 kg/s时,增设空气流道后双流道PV/T集热器性能优于水冷型PV/T集热器,集热器综合性能效率提高约0.84%。当空气流量一定时,随着水流量从0.01 kg/s增至0.09 kg/s,双流道PV/T集热器综合性能效率增加约9.22%;当水流量大于0.03 kg/s时,增大空气流量会削弱双流道PV/T集热器综合性能。该文经综合考虑建议太原市在冬季工况下双流道PV/T集热器推荐水流量上限值为0.03 kg/s。

叶轮流道结构对双流道泵性能的影响研究

为了探究叶轮流道结构对双流道泵性能的影响,选取变异的阿基米德螺旋线公式参数m作为研究参数,运用RNG k-ε湍流模型对不同流道结构进行了不可压缩湍流流场的数值模拟,对比其水力性能,并进行了内流场特性分析和基于熵产的能量损失分析。结果表明:随着m的增大,双流道泵在设计工况扬程不断增大,效率先增大后减小,说明m存在一个最佳值使得水力性能最优;参数m对叶轮流道的长度、弯曲程度以及出口角度存在影响,从而影响压力和速度场分布;m=1.8时双流道泵内总熵产最小,较m=1.2时叶轮和蜗壳熵产值分别下降了20.6%和40.6%;m=1.2时,叶轮出口及隔舌附近存在涡团,扩散管涡核尺寸较大,流态较差,随着m的增大,叶轮和蜗壳内的涡核数量减少,流态趋于稳定,说明叶轮流道结构对蜗壳内的流体流态也有重要影响。

基于Mixture多相流模型计算双流道泵全流道内固液两相湍流

采用Mixture多相流模型、扩展的标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent对双流道泵全流道内的固液两相湍流进行了数值模拟,并将计算结果与清水单相流数值模拟及泵外特性性能试验进行了对比,揭示了不同粒径及颗粒体积浓度条件下双流道泵全流道内的固液两相流动规律。研究结果表明:在叶轮流道内,固相体积浓度分布极不均匀,颗粒主要集中于叶轮出口处的工作面和后盖板上,但是随着颗粒浓度和粒径的减小,会出现颗粒向背面迁移的趋势;在蜗壳流道内,颗粒主要集中于靠近蜗壳出口侧的流道区域,颗粒运动轨迹紊乱,少部分颗粒脱离叶轮后能直接从蜗壳出口流出,大部分颗粒撞击蜗壳壁面,留在蜗壳内转动数圈才能流出;颗粒浓度变化对固相的离析作用影响相对较小;粒径变化对固相的离析作用影响较大,粒径越大,颗粒撞击点愈加集中于叶轮工作面,固相的离析作用越明显;相同体积流量下,泵进出口总压差随颗粒浓度和粒径的增加而减小。

果园喷雾机圆环双流道风机的设计与试验

为了解决低矮密植型果园施药机械作业范围窄、作业效率低的问题,该文设计了一种轴向进风、径向出风的圆环双流道风机,根据农艺特征,结合流体力学和施药技术,完成风机结构设计和各关键部件技术参数的确定。风机结构为R+S级型式,叶片数为9,后导轮叶片数为11。风道弯角半径为155mm,导流板弯角半径为87.55mm。对风机不同转速下的功率、风量、风速、风压、风场分布进行了测试,绘制了风机的性能曲线图。试验结果表明,该风机各项性能参数满足设计要求,效率值可以达到75%以上,风机转速在1400r/min时的最佳作业幅宽为5m。

双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究

为分析固液混合物对双流道输送泵性能的影响,采用平均粒径为10mm和36mm的固体颗粒对双流道泵在不同浓度和流量下开展输送固液两相介质的水力性能试验,并对泵的磨损进行分析。水力试验结果表明,在一定的流量下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,入口表压、出口表压、扬程及效率呈递减趋势。与输送清水时比较,当输送固液两相介质时,随着流量的增大,轴功率上升较快,扬程的下降量在不同流量下几乎相同;效率曲线在不同流量下比输送清水时效率要低,差值随着流量的增大而增大。在同流量同浓度比工况下,泵的进出口压力、扬程和汽蚀性能在输送较大直径固体颗粒时,明显下降。通过对双流道泵磨损的分析表明,叶轮磨损部位主要在前盖板外缘、流道内偏前盖板的流道表面、压力面进口边,压力面的磨损区域呈三角形;泵体的磨损部位主要在周壁、隔舌及泵体口环处。本研究可为固液两相双流道离心泵的理论研究与设计应用提供试验依据。

双流道泵内非定常流动数值模拟及粒子图像测速测量

为探讨双流道泵内部的非定常流动机理,采用Fluent软件,基于滑移网格技术、RNGkκ-ε湍流模型计算了一双流道泵在不同工况下的内部流动,并将计算结果与粒子图像测速仪(Particle image velocimeter,PIV)实测结果进行比较。结果表明:计算所得双流道泵内部流场符合叶轮机械内部流动的一般规律,且与PIV实测结果总体变化趋势一致;由于双流道泵结构特殊,其进口处的流动状态与普通叶轮相差较大,出口处的流动状态与普通叶轮类似;叶轮进口处,流体基本沿流道吸力面流动,流道工作面上的相对速度很小,存在严重的脱流和旋涡;叶轮出口处,压力面和吸力面的速度趋于相等,射流—尾迹现象并不明显;由于叶轮—蜗壳动静干涉,两个叶轮流道内的静压分布有所不同;同一流道内,静压随着半径的增加而逐步增大,压力面侧静压大于吸力面侧;蜗壳流道内静压随半径增大,最大静压值在隔舌处。此项研究不仅加深了人们对双流道泵内非定常流动图画的理解,从而进一步完善双流道泵设计方法,同时也可为其他类型泵的内流研究提供借鉴。

双流道及双叶片式叶轮内流场的PIV测量与比较

为研究双流道叶轮与普通叶片式叶轮的内部流动区别,设计制作了满足粒子图像测速仪(PIV)测量要求的模型泵,模型泵的叶轮有双流道和双叶片2种形式。用PIV分别测量了双流道叶轮和双叶片叶轮的内部流动,并自编程序对测量所得绝对速度进行分解,得到相对速度。由测量结果可知:在双叶片叶轮内,流体基本沿叶片吸力面流动,叶片压力面上的相对速度较低,在压力面出口出现了速度很低的回流区,有明显"射流-尾迹"特征。双流道叶轮内流动也不均匀,但没有出现明显的回流区,流态较好。流量改变时2种叶轮内的流动变化规律一致,随着流量增大,相对速度逐渐增大、绝对速度减小,设计工况下叶轮内的流态最好,小流量工况下流动扩散严重。

基于滑移网格研究双流道泵内非定常流动特性

为研究双流道泵内由叶轮/蜗壳相互作用引起的非定常流动特性,基于滑移网格和RNG湍流模型计算双流道泵内的非定常流动。计算结果表明:在一个周期内,随叶轮流道相对于隔舌位置不同,其内相对速度、静压及总压分布呈周期性变化;当叶轮流道靠近蜗壳出口侧时,相对速度、静压及总压分布规律性较强;喉部为蜗壳内循环流体与叶轮排出流体的混合区域,流动最为复杂;蜗壳内各监测点的静压呈周期性变化,远离蜗壳出口的监测点的静压脉动明显大于靠近蜗壳出口的监测点的静压脉动,且越靠近喉部的监测点的静压变化越大,非定常流动特性越强烈;与定常计算相比,非定常计算所得有效扬程更符合实际情况,大于实测扬程且相对偏差仅为10%。

双流道泵叶轮内湍流的数值模拟

对双流道泵叶轮内 3维不可压湍流流动进行了数值模拟。计算采用了雷诺时均 N - S方程和修正了的 k-ε湍流模型 ,计算在体贴坐标系和交错网格中进行并采用了 SIMPL E- C算法。计算结果首次揭示了双流道泵叶轮内湍流流动的速度分布、压力分布和湍动能分布规律。

双流道泵性能预测的研究

通过对双流道泵叶轮和蜗壳里的水力损失、容积损失、机械损失的分析 ,提出了双流道泵扬程曲线、效率曲线的性能预测方法。分别给出了双流道泵叶轮和蜗壳内各种摩擦损失、扩散损失 ,及主要局部损失的计算方法。性能预测实例表明预测结果具有较高的精度。

双流道泵内压力脉动的CFD计算及测试

基于计算流体动力学软件Fluent,应用滑移网格技术,对一比转速为99的双流道泵在设计工况下的内部流场进行非定常计算,得到不同时刻叶轮和蜗壳内监测点的压力脉动规律.计算结果表明叶轮流道内不同位置处点的压力波动在一个周期内呈现周期性变化规律,同时从进口到出口逐渐升高,压力出现波峰和波谷的时间间隔大致相同.蜗壳流道内,离隔舌位置越近,压力波动越大,蜗壳出口的压力波动呈周期性变化规律,关于基圆中心对称的两个点的压力波动规律非常相似.利用虚拟仪器技术和水下压力传感器测量了蜗壳出口处的压力脉动,对比结果表明数值计算结果与试验压力结果基本一致,满足压力脉动预测的要求.

双流道污水泵叶轮内部三维湍流流动的数值模拟

基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k-ε两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,在不同工况下对QW950-15-55型双流道污水泵叶轮蜗壳耦合流场进行了数值模拟研究,捕捉到了双流道叶轮内流的重要特征。依据计算结果,主要分析了设计工况时双流道叶轮内部的速度和压力分布情况。叶轮内压力分布与叶片式离心泵的数值模拟是类似的;在偏离设计的大流量工况,叶轮流道内的流动呈现明显的不对称性;叶轮内部流动为混合螺旋流,由轴向旋涡作用引发的相对速度旋涡的涡核位置靠近后盖板和压力侧;叶轮出口的压力和绝对速度分布呈现明显的周期性,其周期性与叶轮流道的周期性是对应的;静压周向分布的轴向不对称性较小,而速度周向分布的不对称性则较大。对比试验与数值模拟的扬程和水力效率值,数据基本吻合。

叶轮流道结构对双流道泵性能的影响

从叶轮流道结构变化的角度研究双流道泵的内部流场及其流动特性.采用标准k-ε湍流模型和全隐式多网格耦合算法,对双流道泵叶轮的3种流道结构,即上圆弧式(方案a)、直线式(方案b)、下圆弧式(方案c)进行全流道三维不可压缩湍流流场的数值模拟,并比较其在相同工况下的水力性能,探寻最优的双流道泵叶轮流道结构.结果表明:不同叶轮流道结构的双流道泵,在设计工况下的内部压力和速度场分布呈现出规律性和差异性;方案a和方案c的有效流道体积均增大,方案a无阻塞性能最好;方案a的水力效率最低,但在流道出口处具有更加明显的压力降;方案c具有最高的水力效率,扬程最低;综合分析,方案b具有最高扬程14.46 m和较高水力效率78.24%,较另外2种方案,方案b的综合性能指标最优,认定其为最优双流道泵叶轮流道结构.

双流道叶轮的设计方法

系统地论述了双流道叶轮的设计方法，给出了用速度系数法设计轴面图时的系数值。

双流道泵内固液两相流动的数值模拟

采用Mixture多相流模型,对一比转速为80的双流道泵内固液两相流动进行了叶轮蜗壳耦合数值计算,比较了不同颗粒直径、不同颗粒体积浓度和不同工况等3种因素,对该双流道泵内静压分布、绝对速度分布、固相体积浓度分布以及泵能量外特性等的影响.结果表明:颗粒直径的变化对泵的固相体积浓度分布的影响最为明显,对静压分布、速度分布及泵的外特性等的影响较小;颗粒体积浓度的变化对泵内静压、固相体积浓度分布和外特性等都有比较大的影响,对速度分布没有明显影响;工况的变化对泵内静压和速度分布的影响最大,对固相体积浓度分布影响较小.本研究还表明,该固液两相流双流道泵的性能曲线趋势,与一般清水离心泵的基本相同;在输送颗粒直径为0.075 mm左右、体积浓度为30%的固液混合物时,该泵运行性能最优.

双流道泵水力设计的研究

在大量试验研究和设计实践的基础上,对双流道泵叶轮和蜗壳的一些主要几何参数进行了统计分析,发展和完善了双流道泵水力设计方法。给出了双流道泵叶轮轴面图前、后盖板圆弧半径R1、R2与比转数ns及叶轮进、出口直径Dj、D2的关系,提出了叶轮平面图流道中线方程。总结了双流道泵蜗壳基园直径D3、进口宽度b3、隔舌角φ0和面积比系数y的计算公式。研究成果已经被大量应用到双流道泵产品开发中。

双流道污水泵内固相体积分数分布规律

应用CFD软件Fluent对300QW 930-15-55双流道式污水泵内部流场进行数值模拟.结果表明,固相颗粒从叶轮进口至出口几乎都聚集于流道中下部,沿流道中线前进,且随着体积分数的增加,这种现象越明显;随着颗粒直径的增大,颗粒体积分数越高、越紧密,亦即高体积分数、大颗粒的固相介质大多数均是从叶轮流道中间通过叶轮,并且对于体积分数分布,颗粒粒径要比颗粒体积分数影响大.这种固相运动规律证明了流道式污水泵输送固液两相流介质具有效率高,抗堵塞、缠绕和耐磨蚀的特点.

双流道泵输送固液两相混合物的水力试验研究

为了分析固液混合物对高速双流道输送泵性能的影响,在转速为2900 r/min工况下,开展了输送4种粒径固体物质与不同浓度的固液两相水力性能试验研究,其最大固体颗粒直径达到48 mm,得到了其在不同工况下固液混合输送的性能规律.实验结果表明,输送固液两相介质时泵进出口压力、扬程、效率比清水试验工况下低,更易发生汽蚀;在相同流量和浓度的工况下,随着输送的固体颗粒粒径增大,效率略有升高,扬程受粒径变化影响较小;在相同流量和粒径颗粒的工况下,随着输送混合物中固体颗粒浓度的增加,扬程及效率呈递减趋势.高速双流道泵的结构可以用来输送海底金属矿物质.