离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的κ-ε两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场,并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上,提出设计上的一些改进措施,为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。

离心泵叶轮内部三维湍流流动的分析

为研究离心泵内部伴有盐析的复杂液固两相流动问题,首先需要了解在清水状态下,其内部真实流动现象的物理本质.为此,基于N-S方程和标准的k-ε湍流模型,利用FLUENT 6.1对清水状态下离心泵叶轮内部的三维湍流场进行了数值模拟,并运用先进的测量仪器PIV对改进设计后的化工离心泵叶轮内部流场进行了测量,给出了其相对速度分布图.同时,结合数值计算与试验研究,对离心泵叶轮内部流场进行了初步分析.试验结果表明,计算所采用的模型的修正方法基本符合离心泵内部流动的实际情况.

离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析

运用完整空化模型和混合流体两相流模型,对比转数为130的离心泵流道内部的空化流动进行了定常及非定常的数值模拟.预测了叶轮流道内空化发生部位和发展程度,对蜗壳隔舌附近处流场的压力场进行了监测,得到了压力脉动的变化规律.结果表明:空化初生位于叶片背面进口边附近处,随着进口压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大,当空化严重时,叶片工作面上会有空泡聚集;在叶轮的1个旋转周期中,单个叶片表面上的空化发展程度随叶轮与蜗壳相对位置的改变而发生规律性的变化;压力脉动频率存在明显离散特性,叶片通过频率下的脉动幅值较大;随着空化程度的发展,空化流动诱导泵流道内压力脉动幅值不断增加,并且两者存在相互对应关系.

轴流泵叶轮导水锥型式设计及其流道水力特性模拟

为探究轴流泵叶轮导水锥的设计方法，揭示导水锥流场的内部流动特性。基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和k-ε湍流模型，结合典型的收缩曲线，设计了维多辛斯基式、五次方曲线式、双三次方曲线式等5种导水锥。利用Fluent 软件对各型导水锥进行三维流场计算，分析了导水锥流道的流动特性，归纳了导水锥流场的3个流动部分以及流场轴面的速度分布规律。总结了轴向速度分布均匀度、加权平均偏流角随导水锥收缩型面的变化规律。分析各型导水锥水力损失发现：不同型式导水锥水力损失不同，直锥式导水锥损失略小，其他型式的导水锥水力损失相近。对流场均匀性相比较得出：在导水锥流场急剧收缩的断面上，轴向速度分布均匀度降低，速度加权平均偏流角和径向速度梯度增大。导水锥出口段收缩越平缓，整流能力越出色。综合考虑轴向速度均匀度和速度偏流角等指标，维多辛斯基式导水锥的整流能力最优，出口流场均匀性较好。当导水锥长度为叶轮外径的0.25～0.8倍时，导水锥长度增加，水力损失减小，导水锥出口流场品质提升。结合工程实际应用，给出导水锥长度最优取值范围为叶轮外径的0.5～0.6倍。

盐析液固两相流场的PIV测量方法

利用粒子图像速度场仪(particle image velocimetry,以下简称PIV)测量离心泵叶轮内部伴有盐析的液固两相流场.用图像采集卡将CCD相机拍摄的流动图像实时地传输并存储到计算机中,采用自行开发的液固两相流图像处理及分析软件,先把粒子从背景中分离出来,然后通过算法,根据粒径的大小分离出固相和液相两相流的粒子.经过实际测量研究表明,该方法对硬件的依赖小,测量成本低,是一种测量输送含有盐析晶体的液固两相流动的有效方法.

基于CFD的离心泵侧壁式压水室优化设计

为了获得侧壁式压水室离心泵较高的水力效率和低的压力脉动水平,通过控制侧壁式压水室的侧壁倾斜角及叶轮外径和压水室基圆直径之间的间隙,在相同的叶轮及进出口边界条件下,采用Fluent软件对比转数为130的侧壁式压水室离心泵进行数值计算.结果表明:间隙率不变,侧壁倾斜角为15°,离心泵的水力效率达到最大值;侧壁倾斜角不变时,随着间隙率的增大泵的水力效率提高,并在间隙率为0.308时达到最大值;将时域信号进行FFT变换为频域信号,在倾斜角为15°时,叶频的脉动幅值最低;当倾斜角不变时,随着间隙率增加叶频的脉动幅值水平呈下降趋势;考虑泵的径向尺寸,侧壁式压水室间隙率不能取太大,提出的间隙率取值范围为0.134～0.192.

旋流泵内部盐析两相流速度场的PDPA实验

以旋流式模型泵内部氯化钠盐析两相流场为研究对象,采用相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对该泵在最优工况下的两相速度场进行了测量,给出各相在无叶腔及叶轮内部的三维速度及其对应的脉动速度分布曲线.通过对两相的周向速度.轴向速度及径向速度分布情况的分析,揭示了该型泵内盐析两相流速度场的分布特征。泵内同时存在循环流与贯通流,是强制涡旋和自由涡旋的叠加,与前人提出的流动模型相符;在叶轮进口处,液流已有强力预旋;随着半径增大,两相的周向和轴向速度呈现先增大后减小趋势,而径向速度先减小后增大,对应的脉动速度变化趋势则相反;泵内两相速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著.本文的研究有助于进一步认识盐析与流动的关系。

液下泵内三维湍流流动的数值模拟

为研究泵内三维湍流场,以FY型液下泵为研究对象,基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的κ-ε两方程湍流模型,采用多重参考坐标系法,对单级液下泵包括进水室、叶轮及压水室的三维湍流场进行了耦合计算。得到液下泵叶轮内静压、相对速度沿叶片表面的变化规律以及压水室内静压、速度分布。计算结果表明,叶轮各叶片间流道内相对速度沿叶片工作面先减小后增大,沿叶片背面先增大后减小:叶轮内流速及压力等分布不对称:隔舌附近静压分布存在较大梯度;压水室出口段处速度分布不均匀以及压水室内的流体以涡旋的形式向出口推进。此数值计算结果对液下泵的水力设计或改型优化设计等研究具有指导意义。

离心泵叶轮内部伴有盐析流场的分析

运用流场计算商用软件Fluent6.1,模拟了伴有盐析的液固两相流状态下离心泵叶轮内部的三维湍流场,采用流场测试仪器PIV对叶轮内部流场进行了测量,通过编写图像处理软件结合Insight5.0软件对所测流场进行后处理,分别得出液相和固相的速度场。同时,分析数值计算与实验测量结果,得到了离心泵泵叶轮内部两相流动的一些规律,为防止叶轮内部结盐提供了部分理论依据。

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。

喷嘴入口条件对微液滴生成的影响

利用数值计算的方法对微液滴的喷射过程进行研究.描述在1个完整周期内液滴的形成发展,并通过系统改变速度周期、平均速度、速度幅值、壁面接触角的对比模拟试验,对液滴喷射与液滴形成阶段的流动特性进行分析;在不同惯性比重下探究均匀、稳定液滴的形成区域.结果表明:雷诺数Re、弛豫时间CH、速度脉动幅值ZF对液滴喷射行为特征有显著影响,而且在一定条件下可以形成均匀稳定的液滴;通过减小Re,CH,ZF这3个量纲一化参数,可以获得较小的液滴喷射速度,但当Re<9时,在喷嘴出口处将无法形成液滴;疏水性壁面(润湿角θ=175°)液滴的断裂时间比亲水性壁面(润湿角θ=10°)迟.

输卤泵设计及使用的防结盐方法探讨

结盐问题是影响输卤泵正常运行的关键 为防止结盐 ,本中提出叶片设计应避免凹面积水 ,在设计计算中 ,对混流式叶片所得型线应进行修正 ,轴流式叶片应采用平凸翼型 ,为保证性能不变 ,设计计算应留有一定余量 为兼顾防结盐和可获得较高容积效率两个方面 ,通过实验研究、理论计算及现场实际运行 ,认为叶端间隙采用 5～ 8mm较为合适 在运行和停机时注入适量淡水是目前比较有效的防结盐方法 。

熔盐泵轴承冷却及润滑系统的分析

针对熔盐泵轴承冷却及润滑系统存在的问题,对现有结构进行了对比分析.认为无论是脂润滑还是油润滑,水冷却能获得较好效果.在采用升油器进行润滑油循环时,提出升油器设计中升角选择β=10°～13°较合理;润滑油粘度υ=40～80 m2/s较合适;升油器径向间隙δ在0.2～0.3 mm之间效果较好.油润滑风冷却结构的优劣还须在实践中检验.

离心泵内流场计算及空间导叶内流动分析

以带有空间导叶的离心泵为研究对象,通过CFD方法,在三种工况下,对包括吸入室、叶轮和导流壳在内的全三维湍流场进行数值计算,获得了导流壳内的速度分布和压力分布。结果表明:导流壳能很好地将叶轮中流出的流体的动能转化为压能,并消除速度的圆周分量;在0.8Q工况下,空间导叶的进口冲角增大,容易在空间导叶背面产生流动分离,造成水力损失增加;在1.2Q工况下,空间导叶的进口接近无冲击入流,在进口处流速分布较均匀,其内部未发生流动分离现象。此计算结果可以为试验研究和模型优化提供参考。

离心泵内部非定常水力激励特性

以单级蜗壳式离心泵作为研究对象,基于RANS法对离心泵内部流场结构进行了三维非定常数值模拟,探讨其内部的非定常流动特征所诱发的压力脉动特性及水力激励力特性,并在叶轮旋转周期过程中重点针对叶轮及其单个叶片的受力情况进行相关分析.结果表明:不同工况下各监测点压力脉动幅值的变化规律具有一致性,静压沿蜗壳周向分布不均匀;在压力脉动频谱图及叶轮径向力频谱图中叶频均占主导地位,而单个叶片激励力则体现为轴频;单个叶片所受径向力大小随流量的增加而增大,小流量工况下单个叶片的受力不均匀性明显,而接近额定工况时各叶片受力较均匀,且相差不大;通过对单个叶片非定常激励力特性的分析可知,小流量工况下由于隔舌附近叶片出口流动分离使得叶片受力变化明显,受射流尾迹影响更为突出.

熔盐泵分流式空间导叶内部流动及其非定常特性

为了抑制熔盐泵空间导叶内存在的二次流以及轴向旋涡,提高熔盐泵的效率和稳定性,提出一种分流式空间导叶体.采用k-ε模型、SIMPLE对2种不同形式空间导叶的熔盐泵模型进行了数值模拟,以获得2种不同形式熔盐泵的外特性参数及其内部的速度、压力分布等特性.结果显示:在0.8Q和1.0Q下,分流式空间导叶内部速度分布更为均匀,导叶吸力面二次流、旋涡明显减少,提高了模型泵的效率.在1.2Q下,分流式导叶导致模型泵效率降低.但在空间导叶出口速度分布均匀,低速区域明显减少.分流式空间导叶内部压力脉动幅值叶频占主导地位,其出口压力脉动得到明显改善,在设计工况下,压力脉动幅值比常规空间导叶低近40%,空间导叶轮缘面压力脉动普遍高于轮毂面,在导叶轮缘面上,其压力面的压力脉动幅值低于吸力面;在导叶轮毂面上压力脉动幅值则基本相同.

轴流泵叶轮内空化流动的数值计算

首先通过轴流式模型泵外特性试验,确定了汽蚀性能曲线。基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对轴流式模型泵设计工况下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。选择空化开始发生、临界汽蚀点以及空化严重时3个工况比较分析叶轮内空化流动的发展情况。计算获得了不同汽蚀余量时叶片背面静压、空泡体积组分分布和不同轴截面上的空泡体积组分分布。计算结果表明空化最初发生在叶片背面进口靠近轮缘的局部低压区;在临界汽蚀点处,空化发生的区域位于叶片背面进口至出口弦长的2/3处,面积约占叶片背面面积的50%,随着空化程度的进一步加剧,空化区域逐渐向后发展且空泡体积组分逐渐变大,当叶轮流道内发生局部空化时,不会影响到泵的能量性能;空化严重时,靠近进口截面的过流面积受到严重堵塞,泵的能量性能严重下降。计算结果与外特性试验相吻合,较好地揭示了轴流泵叶轮内的空化流动的静态特征。

旋流泵内盐析两相流场的计算及试验研究

为研究流体机械内部伴有盐析的液固两相流动情况,自行设计了旋流式模型泵,采用双流体模型计算了该泵在最优工况下的氯化钠盐析两相流场,并采用先进的激光相位多普勒粒子测速仪测量了泵无叶腔及叶轮内部盐析两相流的三维速度场。将试验结果与计算结果进行对比,验证了计算模型的适用性,并给出了误差分析。通过对试验测得的周向、轴向、径向速度及其对应的脉动速度分布曲线讨论,初步揭示了该型泵内盐析两相流动特征。在整个流道内,盐析晶体颗粒大部分集中于无叶腔,且分布较均匀;进入叶轮后向叶片工作面靠拢;颗粒浓度最低处是在叶轮进口叶片背面靠近叶轮后盖板附近;液固两相在叶轮与无叶腔中的周向速度分布差异明显;两相间速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著。

制浆造纸碱回收流程中结盐机理的初步分析

结盐是制浆造纸碱回收行业中普遍存在的现象.文中给出碱回收生产原理及工艺流程,检测结盐最严重的绿液槽至消化器工作段中的绿液固相颗粒粒径大小和分布情况,并对绿液成分与管道凝结固相成分进行分析比较.得到结盐机理的初步结论:绿液的流动属于悬浮体固液两相流动;结盐是此流动中部分晶体颗粒由于絮凝、沉降以及吸附等作用的结果;结盐的程度与固液两相流的粒径大小与分布有关,且伴有化学反应,应该将两者结合起来研究.

出口形状对中心体喷嘴射流性能的影响

提出将中心体喷嘴与异形喷嘴组合以产生更好的空化射流效果的思路。采用Mixture多相流模型,在15MPa的射流压力下,对正方形出口、三角形出口和圆形出口3种中心体喷嘴产生的淹没射流流场进行数值计算,重点对轴向速度、径向速度、湍动能和空泡相体积份额进行了对比分析。研究表明:圆形出口的中心体喷嘴比另两种异形出口的中心体喷嘴产生更高的射流速度和湍动能;正方形出口比三角形出口的中心体喷嘴的射流稳定性能更强,圆形出口的中心体喷嘴产生的集束性能较强;异形出口的中心体喷嘴产生的流场中,空泡相延伸距离更长,异形出口的中心体喷嘴产生的空化射流效果更好。