高比转数蜗壳式混流泵的设计与试验

采用线性分布的轴面流线速度环量和叶片角度变化规律来设计叶轮,采用圆弧翼型进行固定导叶的设计,蜗壳断面采用非对称断面,进而设计了一叶片可调比转数为564.3的蜗壳式混流泵。应用FLUENT对该泵的内部流动进行了数值模拟并根据模拟结果进行了能量性能预测。内流模拟结果显示该泵内部流动均匀,性能预测结果表明该泵可以满足设计要求。真机性能测试表明该泵在叶片角度为0°时最高运行效率达85.76%,在设计点运行效率要比设计要求高约3%。研究结果对于更高比转数蜗壳式混流泵的设计具有比较重要的指导作用。

叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明:随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。

双吸泵交错叶轮内流诱导噪声

为研究叶轮交错布置对双吸泵内流噪声的影响,根据叶片夹角设计了4组叶轮交错方案.在设计工况下,采用标准k-ε湍流模型对双吸泵内部流动进行了非定常数值模拟,基于数值模拟结果提取偶极子声源,应用直接声学边界元法计算了双吸泵内声场,分析了不同叶轮交错方案对泵能量性能、压力脉动和内流噪声等的影响规律.研究结果表明:叶轮交错布置能够提高双吸泵能量性能,扬程和效率最高分别提升3.0%和5.7%;随着交错角度增大,压力脉动峰峰值逐渐减小,最大降幅达79.6%;当交错角为叶轮夹角的1/2时,蜗壳内流场压力脉动、偶极子声源流动噪声和声压频响曲线的主频均从1倍叶频变为2倍叶频,且主频处幅值明显降低;随着交错角增大,吸水室、叶轮和蜗壳表面高声压区范围逐渐减小,表面声压最大值和声压频响曲线逐渐降低,最大降幅分别为9.9%和18.7%.研究结果可为双吸泵优化设计和减振降噪提供一定的理论参考.

导叶叶片数对喷水推进泵瞬态特性的影响

为揭示喷水推进泵不同导叶叶片数时的瞬态特性规律,基于DES混合模拟和FEM声学有限元方法,对喷水推进泵流场和声场进行数值模拟,并进行试验,验证了瞬态特性数值计算方法的准确性,研究了不同导叶叶片数(Z=5,6,7)对喷水推进泵推力、压力脉动、内流诱导噪声等性能的影响规律.结果表明:随着导叶叶片数增大,喷水推进泵推力先减小后增大,流量逐渐减小,转矩逐渐增大;导叶叶片数对叶轮出口压力脉动分布规律影响较小,对压力脉动主频处幅值有较大影响,轮毂处压力脉动幅值受导叶叶片数增大先减小后增大,轮缘和流道中心处幅值随着导叶叶片数增大逐渐减小;导叶叶片数变化会改变内流诱导噪声主频,增大导叶叶片数有利于降低喷水推进泵内流诱导噪声主频处幅值和总声压级.

喷嘴导流片对喷水推进泵性能的影响

本文提出减少径向高度和导流片环绕导流锥分布这2种喷嘴导流片结构,通过DES-FEM耦合的方法研究了喷嘴导流片对喷水推进泵推力及噪声性能的影响。结果表明,随着喷嘴导流片径向高度减少,喷水推进泵推力增大0.61%,流量略微增大而扭矩略微降低,内流噪声主频仍为导叶叶频但幅值降低2.43%,总声压级略微升高;导流片环绕导流锥分布时,喷水推进泵推力提高1.03%,流量增大0.76%,扭矩提高,声压级主频处幅值降低2.05%,总声压级降低,内流噪声主频由导叶偏移至叶轮处,但两者声压级幅值差异较小;各方案频谱中均存在叶轮叶频谐频;内流噪声能量主要集中在中低频段。

叶片数对离心泵内流诱导振动噪声的影响

基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统在离心泵闭式试验台上建立了泵空化诱导振动噪声试验测试系统,实现了泵能量性能参数和流动诱导振动噪声信号的同步采集.以一台比转数为93的5叶片单级单吸离心泵作为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为4,6和7片.测量了不同叶片数下模型泵在全流量范围内的能量性能、振动强度和噪声信号,并对振动和噪声信号数据进行了处理.试验结果表明:模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,5叶片时模型泵的振动强度最高;随着流量的增大各测点振动强度大致都呈现先基本不变后显著上升的趋势;泵的噪声信号主要集中在0～2 000 Hz的范围内;在小于设计流量时,随着叶片数的增大,轴频的峰值逐步增大.研究结果对于建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用.

基于CFD的离心泵小流量工况下扬程预测分析

为了分析和提高小流量工况下离心泵CFD(computational fluid dynamics)扬程预测的精度,该文对一比转数为64的离心泵多个小流量工况下的内部流动进行了全流场定常多相位和非定常瞬态数值模拟。重点分析了定常多相位计算中的相位角和非定常计算中的时间步长对扬程预测结果的影响,并对比分析了定常多相位和非定常计算对扬程预测的优劣及其原因。研究结果表明,相位角对定常多相位数值计算的扬程预测结果影响很小;时间步长对基于非定常数值计算的扬程预测结果有较大影响。非定常数值计算的扬程预测精度远高于定常多相位数值计算的扬程预测精度,其相对误差都在2%以内。随着流量的减小,叶片与蜗壳的动静干涉作用也越来越明显。对小流量工况下离心泵扬程进行CFD预测,必须被考虑叶片与隔舌的动静干涉作用。

叶轮外径对离心泵内流影响的CFD分析

采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对6台离心泵在不同叶轮外径下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟.根据数值模拟结果对6台离心泵的能量性能进行了预测,并分析了叶轮外径变化对泵内部流场的影响.性能预测结果与切割定律计算结果的对比表明,随着叶轮外径的变化,泵扬程和轴功率的变化基本符合切割定律,但效率存在一定的波动.内部流场分析表明,叶轮外径变化对叶轮进口静压和总压分布的影响较小,对叶轮出口和蜗壳内静压及总压分布有着明显的影响;叶轮外径变化还对泵内尤其是蜗壳割舌附近的绝对速度分布有较大影响;当叶轮切割量大于4%后,蜗壳扩散段的流动分离现象就会逐渐消失.

离心泵水力损失的计算

分析了当前离心泵水力损失计算方法中存在的主要问题.合理划分了离心泵各过流部件内水力损失的类型并分别建立了离心泵吸入室、叶轮和蜗壳内水力损失的计算模型.通过对大量优秀离心泵的实际计算和理论分析,采用回归分析的方法,按比转数、流量和转速分类,以比转数为自变量的形式给出了离心泵各损失系数的数学表达式.实例计算表明,该模型的计算结果准确可靠且适用范围广泛.

多级离心泵叶轮时序对振动性能影响的数值研究

为研究节段式多级离心泵叶轮时序位置对流致振动的影响,结合CFD\FEM方法对考虑叶轮交错角度的泵体在水力激励作用下结构的动力响应进行了计算分析。结果表明,首级内压力脉动的频率、幅值和相位不受叶轮时序位置的影响;次级内压力脉动的频率同样没有发生明显变化,幅值随着时序角度的增大有微小增幅,而相位随着时序角度的改变发生明显变化。当时序角度刚好为叶轮叶片角度的一半时,次级转子内压力脉动相位刚好与首级错开90°,压力脉动方向与首级相反,导致轴向的激励减小,轴向振动存在相反的量,使得泵整体振动水平明显下降。

离心泵能量性能预测的对比

简述了离心泵性能预测的研究现状。分别采用流场计算法和水力损失法对10台离心泵的设计点工况进行了性能预测并详细比较两种方法的预测结果。流场计算采用FLUENT,在双参考坐标系下,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法对叶轮蜗壳进行耦合相对定常求解。预测了各模型的总效率和扬程并与试验值做了比较;计算了理论扬程以及叶轮和蜗壳内的水力损失。对比研究结果表明,基于FLUENT的流场计算法具有比较高的预测精度,其中扬程预测精度平均高0.98%,效率预测精度平均高1.51%。分析了两种方法预测差异的原因。

叶片数对离心泵振动噪声性能的影响

叶片数是离心泵的主要几何参数之一。为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响,以比转速为97的离心泵为例,对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能,并采用FEM\BEM声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射噪声进行了数值模拟,同时与试验数据进行对比分析。结果表明:提出的数值模拟方法可用于预测泵的流动诱导振动和声辐射性能,且在模拟中考虑口环泄漏的影响能够提高计算精度,有口环方案预测得到的振幅较无口环方案的预测精度提高了13.5%。随着叶片数的增加,扬程和轴功率均逐渐增大,最大增幅分别为15.9%和14.1%;效率随叶片数的增加呈先增大后减小再增大的趋势。离心泵蜗壳的压力脉动幅值随叶片数的减小而增大。由于叶轮蜗壳动静干涉的作用,蜗壳隔舌处、第1到第2断面间和扩压管壁面等3个区域的压力脉动幅值相对较高。随着叶片数的减少,蜗壳壁面的振动位移有所增大,最大位移主要发生蜗壳第8断面处。振动速度随着叶片数的增大后减小,与振动位移的规律有一定的差异,振动高速区主要集中在隔舌、蜗壳的第4与第6断面之间和靠近扩压管的第8断面处。设计工况下,泵在叶频对应的声压级和声强随着叶片数的增加先增大后减小,高声压级区域主要出现在泵出口附近的高振动速度引起的垂直方向。综合考虑水力和振动噪声性能,确定该模型泵的最佳叶片数为6。

粗糙度对离心泵性能数值预测的影响

概述了考虑粗糙度影响的泵性能数值预测研究的现状。分析了FLUENT中粗糙度常数和粗糙度高度的关系,并计算了粗糙度常数在数值模拟中的影响大小。引入扬程和效率影响因子,以对12台离心泵为研究对象,详细地研究了粗糙度对离心泵性能数值预测结果的影响。分析计算表明FLUENT中的粗糙度常数相当于粗糙度高度的一个修正系数,其对离心泵性能数值预测结果影响较小。考虑粗糙度(20μm)后,离心泵数值性能预测精度略微提高。随着比转速的增大,粗糙度对预测结果影响越来越小。随着粗糙度的增大,其对预测结果影响越来越大。

太阳能水泵系统的研究现状与趋势

太阳能水泵系统包含电池板、电力电子控制器、电机和水泵等设备,是多学科综合应用的一门技术,它是发展新能源利用和节能减排的重要手段和成果。本文回顾了太阳能水泵系统配置的发展历程和现状,对太阳能水泵系统性能预测方法、系统匹配、控制策略、综合评价等研究方面进行分析总结,并简要介绍了提高系统运行效率的手段,最后展望了系统研究的发展方向。

导叶与隔舌相对位置对离心泵内外特性的影响

为研究导叶相对隔舌不同位置对离心泵性能的影响，采用CFD计算方法对离心泵导叶与隔舌不同夹角进行数值计算。对导叶与隔舌夹角α从0～40°变化下离心泵外特性和内流场进行分析，结果表明导叶相对隔舌不同位置对泵内外特性有明显的影响。随着α增大，扬程和效率呈现出先升高后降低的趋势，20°附近达到扬程和效率的最大值；而在α增加的过程中，蜗壳各断面压力和速度的变化趋势不相同，叶轮各流道低速区及出口高速区受导叶影响而沿周向变化；在隔舌附近，α为0～40°，导叶背面低速区减小并逐渐消失，而隔舌与导叶间低速区的变化规律与之相反。

基于神经网络的离心泵能量性能预测

总结了BP网络和RBF网络在离心泵能量性能预测中的应用现状,介绍了这两种网络的结构及特点。分别采用BP网络和RBF网络建立了离心泵能量性能预测模型。用57组数据对这两个预测模型进行了训练,并用6组数据对两种网络结构的性能预测模型进行了仿真。研究结果表面:两种网络结果的预测模型预测精度比较接近且预测结果的趋势也相同;Z3;Y3,BP网络预测精度略高于RBF网络;BP网络扬程平均预测误差为3.85%,效率平均预测误差为1.39%,RBF网络扬程平均预测误差为4.79%,效率平均预测误差为3.43%;RBF网络预测所需时间仅为BP网络预测所需时间的一半。

双流道污水泵内非定常压力脉动特性研究

基于拓展的标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对双流道污水泵内非定常压力脉动进行了数值模拟,计算结果与试验结果较为吻合,数值计算模型和方法可靠性高。在泵蜗壳内设置了监测点来分析不同颗粒粒径和颗粒体积分数时压力脉动的变化。结果表明:颗粒物性对泵内压力脉动影响明显,加入粒径0.5 mm、体积分数5%的颗粒后蜗壳周向压力脉动强度有减弱的趋势且最大减小了34.80%。隔舌下端与蜗壳出口成15°夹角的TP1点因受隔舌处回流影响主频大多不是叶频,而正对隔舌的TP2点和隔舌上端第9断面的TP3点压力脉动主频均为叶频。颗粒在TP3点处发生沉降离析导致静压波动异常,颗粒体积分数一定时选择合适的粒径或粒径一定时适当增大两相流输送浓度都能有效降低压力脉动强度。

不同叶轮外径下双流道污水泵压力脉动特性分析

叶轮外径是双流道污水泵的一个重要结构参数。基于Mixture多相流模型对双流道泵进行了非定常数值计算,研究了设计工况下不同叶轮外径(101、103和105 mm)对泵内压力脉动的影响,并进行了试验验证。结果表明不同叶轮外径时加入适量颗粒后蜗壳周向各点压力脉动基本均在减小且最大减幅达30.9%,各点平均压力脉动减小量随外径增大而减少。加入适量颗粒后随叶轮外径的增大隔舌附近各点压力脉动随时间的周期性越来越不明显,各点压力脉动主频基本都是叶频;随外径变大压力脉动最大幅值相比清水的减小量先增大后减小,各点平均幅值最大减小了22.7%。加入颗粒后叶轮外径增大到105 mm时动静干涉增强各点瞬时静压均剧烈波动,输送固液两相流时选择合适的叶轮外径能减小泵内压力脉动。

泵内大颗粒固液两相流流动试验

为了研究泵内大粒径球形颗粒运动规律,该研究以一台单级单吸悬臂式离心泵作为研究对象,采用高速摄影试验测试的方法对大粒径球形颗粒在固液两相流泵内的运动轨迹、通过性能以及颗粒与隔舌的碰撞规律进行了研究。测试结果表明:不同粒径的球形颗粒在泵内的轨迹变化规律相似,在叶轮进口处均有向叶片背面运动的趋势,而在运动过程中又逐渐脱离叶片背面,向下一叶片工作面靠近;泵内不同粒径颗粒运动趋势基本相同,但相对运动轨迹长度有所改变;粒径为8 mm和10 mm时颗粒平均过泵时间相对于粒径为6 mm时分别下降了15.15%和11.03%。颗粒体积分数对泵内对颗粒运动轨迹的影响较小,不同体积分数下泵内颗粒的运动轨迹基本重合;体积分数为3%和5%时颗粒平均过泵时间相比体积分数1%时分别上升了4.38%和3.21%。颗粒体积分数为1%、3%和5%时,颗粒与隔舌的碰撞的概率分别为0.5%,0.69%和0.9%;颗粒粒径为6 mm,8 mm和10 mm时颗粒与隔舌发生碰撞的概率分别为0.69%,0.63%和0.55%。研究结果可为运输大颗粒两相流泵的结构设计和防磨损研究提供参考。

叶片不等间距对离心泵水动力噪声的影响

以一台六叶片单级单吸立式离心泵为研究对象,研究了叶片不等间距对离心泵流体诱导噪声的影响。首先基于转子自动平衡理论建立了3种叶片不等间距叶轮模型,并对模型泵全流场进行了CFD数值计算,以提取蜗壳及泄露流道壁面偶极子声源。通过振动试验与基于模态响应的振动计算结果对比,验证了模型泵振动噪声数值预测的可行性,并进一步借助直接边界元法完成了水动力噪声计算。对比叶片不等间距叶轮与原叶轮模型计算结果,分析表明:叶片不等间距布置后泵总声功率级与声压级频谱均整体明显降低,但各不等间距模型总声功率级差距较小,最大仅为0.5%;除原叶频及谐频处声压级峰值外,叶片不等间距模型在145 Hz及其谐频上产生了新的声压级峰值,噪声能量更分散,噪声频谱更平稳;最小角间距θmin=50°时模型更能兼顾叶频和145 Hz处辐射噪声特性,噪声性能更优。