连接柱处理对圆盘泵性能及内部流场影响研究

本文总结圆盘泵数值模拟方面的研究,对圆盘泵连接柱区域设置了两种不同的模型方案进行数值模拟。分析了不同流量工况下圆盘泵性能及叶轮内部流场变化,并对计算结果进行验证。结果表明:方案一连接柱两侧出现明显低速区域,方案二由于连接柱周围水体旋转,因此区域速度值更大。两种方案均在叶片吸力面位置出现局部低压,因此圆盘泵内湍动能耗散主要出现在叶片及其吸力面侧,而在进、出口能量耗散较小。流体流过连接柱之后,方案二的圆周速度和绝对速度圆周分量均小于方案一,表明了圆盘泵实际运行过程中,连接柱对出口流动的阻碍作用产生的损失大于其带来的能量,导致方案二的扬程低于方案一。两种方案的计算结果与试验结果变化趋势一致,同时两种方案之间的差异较小,如果仅考虑快速计算圆盘泵性能,方案一在模型处理上更简单高效。如果要获得更全面准确的内部流动信息,方案二的内部流动情况更接近实际情况。

人工心脏圆盘泵的流动特性研究

人工心脏(血泵)一直存在泵体对血细胞剪切力过大和流速过快容易引起溶血的问题。为了研究人体正常血压情况下,血泵内部剪切力和速度场的分布情况,选择圆盘泵叶轮代替传统离心泵叶轮,对两种模型进行数值计算,分析不同叶轮内部剪切力和速度场的分布规律。研究表明传统离心泵内部流速高,叶片表面剪切力大,对血细胞的伤害大。圆盘泵相比传统离心泵,剪切力更小,流场速度分布均匀,流速更小。和传统离心泵相比,不同转速下圆盘泵能降低溶血的发生率。圆盘泵叶片数为6片时,抗溶血性能更好。研究结果为血泵的优化提供理论依据。

圆盘泵流动规律研究

为研究圆盘泵内流动规律,将圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区。应用CFD技术对模型泵内部的流动进行数值模拟,并对速度矢量图、等值线图和压力等值线图进行分析。分析认为旋流是圆盘泵内的主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,在叶轮无叶区和叶片区间存在贯通流,叶片区流入无叶区的贯通流将较大角惯量传递给无叶区内的流体是圆盘泵具有良好通流能力的原因。

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟

为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动。采用Eulerian多相流模型、RNGk-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟。在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律。结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处。分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因。

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。

圆盘泵叶片结构形式对泵外特性影响分析

叶片圆盘泵作为一种新型泵,其扬程和效率有待进一步提高。叶片结构形式是影响叶片圆盘泵扬程和效率的重要因素之一。运用计算流体力学软件Fluent对不同工况下叶片圆盘泵内部全流场进行三维数值模拟,分别研究了叶片数目、叶片宽度及叶片形状对泵扬程和效率的影响。计算结果表明,在一定范围内,随着叶片数目的增加、叶片宽度的减小,以及采用叶片轴向截面为梯形的叶轮能有效改善泵的性能,分析结果可为叶片圆盘泵结构优化设计与性能提高提供理论依据。

固液圆盘泵固相体积分数分布数值模拟

为研究固液圆盘泵内固相体积分数的分布规律,应用Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。比较了不同颗粒体积分数及不同颗粒直径对固相体积分数分布规律以及泵的扬程和效率的影响。结果表明,叶片工作面附近的颗粒体积分数大于吸力面的体积分数,叶轮入口的颗粒体积分数大于出口处的体积分数,在叶轮出口处,颗粒更易于集中在叶片工作面附近,在有叶片区域内,颗粒体积分数最高处在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区附近。压水室流道内,颗粒主要集中于与叶轮无叶区相对应的流道区域内,且越靠近压水室流道壁颗粒体积分数越高。

叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合强度分析

为准确得到叶片圆盘泵叶轮在工作中的结构性能,利用有限元软件进行流固耦合强度分析。应用Fluent软件计算得出叶片圆盘泵叶轮在不同工况下压力场分布情况,并通过Work-bench平台,应用ANSYS软件校核叶轮强度,得出不同工况下叶轮的最大危险点、应力及应变分布规律,并针对危险区域进行叶轮结构改进。计算结果表明,所设计叶片圆盘泵叶轮最大危险区域为连接臂与圆盘盖板连接位置,存在应力集中现象。圆弧倒角处理能有效降低应力集中,改善叶轮应变分布情况,有助于提高叶片圆盘泵叶轮的工作可靠性。

圆锥圆盘泵固液两相流动及泵外特性数值分析

针对圆盘泵存在扬程和效率较低的状况,对其结构进行改进,在圆盘泵进口段采用圆锥过渡进口形式,相应的叶片形式为圆锥过渡形式。对改进前、后的叶片圆盘泵进行数值模拟,对比分析改进前、后叶片圆盘泵的水力性能特点,并对改进前、后的圆盘泵从固相颗粒本身性质及其他外部因素出发研究了颗粒运动及分布规律。结果表明,改进后的圆锥叶片圆盘泵较改进前水力性能有所改善,最高扬程较改进前提高了4 m,最高效率较改进前提高约2%;随着颗粒密度的增加,固相颗粒更易集中在无叶区,对叶片的磨损进一步减轻。

新型圆盘泵叶轮设计及其性能预测

针对原有叶片圆盘泵扬程和效率较低的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改型,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵内旋转。利用Eulerian多相流模型、标准κ-ε湍流模型与SIMPLEC算法对改型前、后叶片圆盘泵进行数值模拟,得出改型前、后叶片圆盘泵在清水介质条件下的效率和扬程水力性能曲线,分析不同圆弧过渡角度及轴向伸出长度对泵水力性能影响,对比分析改进前、后叶轮的抗气蚀性能;并得出改进前、后叶片圆盘泵在固液两相流条件下的固相颗粒体积分布云图。结果表明:改型后的叶片圆盘泵模型不仅具有改进前叶片圆盘泵的优点,且效率、扬程及抗气蚀性能均高于改型前叶片圆盘泵。

叶片圆盘泵叶轮无叶区内部流场数值模拟

为研究叶片圆盘泵叶轮无叶区内的流动特征,采用RNGk-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对叶片圆盘泵内三维不可压湍流场进行数值模拟,得到速度等值线图和压力等值线图,并对模拟结果进行分析。发现周向流动是叶片圆盘泵叶轮无叶区内的主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,无叶区内除存在轴向流动外还存在径向回流。

海底泥浆举升叶片圆盘泵轴向力预测

为计算海底泥浆举升叶片圆盘泵的轴向力,采用RNGk-ε方程湍流模型和标准SIMPLE算法对模型泵内全流道三维湍流进行数值模拟。在水力性能试验验证的基础上,得到轮毂轴端及叶轮表面的静压力分布,并预测叶轮轴向力。结果表明:叶轮内表面静压分布较均匀,前、后盘静压分布基本相同,叶轮内表面压力分布不均所产生的轴向力占总的轴向力比例很小;叶轮前、后盘外表面压力分布存在明显的不一致,特别是在泵出口附近,叶轮后盘压力要明显大于前盘压力,叶轮所受总的轴向力主要由叶轮前、后盘外表面压力分布不均产生。

圆盘泵叶轮结构改进及固液两相流的数值模拟

针对混输圆盘泵在输送原油介质时存在的扬程和效率低下的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改进,并采用欧拉多相流模型,标准k-ε湍流方程与SIMPLE算法对改进后的圆盘泵内部固液两相湍流进行了数值模拟,得到泵内流场压力和速度的变化规律,以及不同固相颗粒浓度与泵的扬程、效率和出口质量流量的关系曲线.结果表明:流体在从泵进口到出口的过程中,静压和总压持续上升,最高压力出现在蜗壳螺旋段与扩散段结合处的外壁面处;固相颗粒主要集中在叶片工作面,从而会加剧叶轮叶片的磨损破坏速度;泵的扬程和效率随着固相颗粒浓度的增大而略有增加,通过比较改进前后圆盘泵的扬程曲线发现,改进后的泵的扬程提高明显.

混输圆盘泵内气液两相流的数值模拟

为了提高混输圆盘泵的水力特性,在原有圆盘泵叶轮的基础上进行了结构改进,并对改进后的圆盘泵进行数值模拟分析,得到其内部流体的压力、速度变化规律和气相浓度的分布情况,以及不同气相体积分数与泵扬程和效率的关系曲线。利用Pro/E软件建立叶轮的几何模型,计算采用分离、隐式方法,压力-速度耦合方法采用Simple算法。结果表明,流体在从泵进口到出口流动的过程中,压力持续上升,最高压力出现在蜗壳螺旋段与扩散段结合处的外壁面处;在气液两相流动中,液相主要集中在叶片工作面,相应的气相主要集中在叶片背面。

叶片圆盘泵变转速性能试验研究

为研究海底泥浆举升叶片圆盘泵样机变速性能,进行了不同转速叶片圆盘泵性能试验,得到样机不同转速下的性能曲线,并与比例定律换算得到的性能进行了比较、分析,得出一定转速范围内叶片圆盘泵相似工况点的对应参数(Q,H,N)满足比例定律关系。平坦的H-Q曲线和恒定出口压力n-Q曲线说明,叶片圆盘泵适合海底泥浆举升钻井泥浆的举升和海底井口压力的控制。

圆盘泵叶轮结构参数正交优化分析

针对圆盘泵叶轮结构特点,利用FLUENT系统建立圆盘泵流体动力学分析模型,针对部分结构特征参数实现参数化建模。以获得最大压升为目标,分别对影响圆盘泵最大压升的单因素及多因素组合进行分析。针对多因素制定5因素4水平正交试验表,并对16种结构分别进行流体动力学计算仿真,得到影响圆盘泵最大压升因素的主次顺序及优化方案。为圆盘泵的设计提供参考。

叶片圆盘泵压力脉动及叶轮径向力特性分析

开展叶片圆盘泵压力脉动相关研究对于了解其瞬态特性,提高其运行稳定性具有重要意义。应用Fluent软件对叶片圆盘泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,在外特性试验验证的基础上,分析了设计工况下叶轮内压力、蜗壳内压力、扬程脉动情况以及叶轮径向力变化规律和影响因素。分析结果表明,泵内监测点压力脉动周期取决于叶轮叶片数目,且前、后盖板有叶区内监测点压力脉动规律基本相同,无叶区压力脉动幅值小于有叶区压力脉动幅值,隔舌附近压力脉动幅值最大,且蜗壳入口侧大于出口侧;扬程脉动周期与监测点压力脉动周期相同,当叶片转至隔舌时扬程为极小值,隔舌处于相邻2叶片中间位置时扬程为极大值。叶轮所受径向力变化周期与叶轮转动周期相同,径向力2垂直分量呈正弦规律变化。

圆盘泵输送性能与内部流动研究进展

圆盘泵在难泵送、空化问题较严重等场合输送介质时具有良好表现。相对于其他类型泵,圆盘泵的研究起步较晚,相关文献资料较少,设计理论与方法不完善。本文总结圆盘泵的发展历程,介绍圆盘泵的结构特点,阐述圆盘泵输送性能和内部流动的研究进展,同时分析对于圆盘泵需要进一步研究的问题,并提出基于流固耦合分析的设计与优化是圆盘泵未来的研究内容之一。

超低比速圆盘泵的实验研究

本文在超低比速范围内,对圆盘打孔叶轮泵进行了试验研究,简介了几套圆盘打孔叶轮实测方案。并与超低比转速离心泵在性能方面进行了比较,初步分析了造成这种差别的原因。

固液两相叶片圆盘泵蜗壳内流动数值模拟

为研究叶片圆盘泵蜗壳内固液两相流动规律,应用计算流体力学软件Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。通过对叶轮无叶区和叶片区所对应蜗壳截面速度、压力和颗粒体积分数分布的比较分析。得到了能够反映叶片圆盘泵工作特点的蜗壳内固液两相流动特征。