障碍物对轴流泵空化内部流场的影响

空化会影响泵的正常工作和稳定运行,为了探索能够有效抑制轴流泵内发生空化的策略,提出了将矩形流向障碍物布置在轴流泵叶片背面的方法.以比转数700的轴流泵作为研究对象,采用全流道非定常数值模拟,分析障碍物对轴流泵外特性空化性能的影响.结果表明:在设计工况下布置障碍物的改进模型在空化各阶段均能有效减少空泡体积,尤其当空泡发展至障碍物位置时效果最好,空泡体积减少了72.5%;布置障碍物能够提高叶片背面出口压力,限制低压区向出口方向扩张,减小逆压梯度,阻挡轮毂侧发生偏流,梳理空化发展的流线,优化流场结构,抑制空化的发展,并将断裂扬程提升了10.19%.

蜗壳断面形状对大型双吸泵性能影响的数值模拟

为研究蜗壳不同断面形状对大型双吸离心泵性能的影响,在确保其他因素不变的条件下,设计3种不同的蜗壳方案进行瞬态数值模拟。结果表明:3种蜗壳断面方案在设计工况下,圆形蜗壳的效率最高为90.7%,其次是梨形蜗壳,效率为90.2%,矩形蜗壳的效率最低为88.9%,且圆形蜗壳的高效区有所扩大;在各流量工况下圆形蜗壳能量损失率均为最少,在设计工况时圆形蜗壳的能量损失率为0.3%,矩形蜗壳的能力损失率为1.1%;在大流量和设计流量下,圆形蜗壳的叶轮所受径向力均最小,梨形蜗壳次之,矩形蜗壳最大;在设计工况下,3种蜗壳方案对蜗壳上的压力脉动均呈现周期性变化,圆形蜗壳在各检测点处压力脉动的振幅幅度均为最小。

基于响应面法的轴流泵结构参数匹配研究

为减小叶轮出口到导叶进口之间的水力损失,选取比转速为1296的轴流泵作为研究对象,通过响应面分析和数值模拟相结合的方法,研究叶轮、导叶不同结构参数的匹配关系对水力效率的影响。将叶轮出口角修正系数ξ、导叶进口冲角Δβ、轴向间距S作为优化设计变量,泵的效率作为响应值,建立了优化变量与水力效率之间的多元二次回归方程。研究结果表明,导叶进口冲角Δβ对轴流泵性能的影响最大,其次为轴向间距S,叶轮出口角修正系数ξ的影响最小。此外,导叶进口冲角Δβ与叶轮出口角修正系数ξ均与轴向间距S有明显交互作用。依据优化变量的取值范围,得到了最优参数组合为ξ=1.2,Δβ=-0.7°,S=8.5 mm。优化后的轴流泵在设计工况下扬程提高了0.61 m,效率提高了2.6%。研究结果为进一步提升轴流泵水力性能提供了参考。

双吸离心泵吸水室隔舌位置对空化性能影响分析

双吸离心泵吸水室隔舌位置的不同,影响了叶轮进口的速度及压力分布,对泵空化性能具有重要影响。以一台单级双吸离心泵为研究对象,采用数值模拟的方法研究分析隔舌位置分别位于与水平方向呈45°(原模型),90°,135°及-45°四种吸水室内部流动变化对空化性能的影响。结果表明:采用隔舌位于90°和135°的吸水室,吸水室出口附近低压区明显增大,出口与转速方向相反的圆周分速度范围逐渐增大,在叶轮进口水力损失逐渐增大,临界空化数逐渐上升,泵空化性能降低。采用隔舌位于-45°的吸水室,吸水室出口附近低压区明显减少,出口不再存在与转速方向相反的圆周分速度,在叶轮进口水力损失减小,小流量及额定工况下虽然临界空化数变化不大,但在空化各个阶段叶轮内空泡率及空化区域均有所降低,在大流量工况下临界空化数下降较为明显。综合比较之下隔舌-45°吸水室,具有较好的空化性能。为吸水室的设计提供一定参考。

进出口流道对轴流泵性能影响的数值模拟分析

冷却剂流态是影响核主泵装置工作性能的重要因素,而进出水流道的结构影响着进出水流态。在保证叶轮和导叶结构不变的情况下,探究不同的进出口流道结构对泵水力性能的影响。本文基于SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,使用三个常用的商业计算流体力学软件对采用不同入口弯管、蜗壳和出口直管的轴流泵进行网格无关性分析和全流域稳态数值计算。经计算,两个模型的外特性参数一致,流量特性曲线几乎重合,且轴流泵的进出水流态相似。不同商业流体力学计算软件得到的曲线和云图的趋势一致,各软件计算误差均在5%以内,证明本次研究中进出口结构改型对泵的水力性能没有产生明显的影响。

松辽盆地中央坳陷区北部白垩纪主要油层沉积特征研究进展

松辽盆地是我国一个重要的陆相含油气盆地,其中央坳陷区北部孕育了世界级特大油田——大庆油田。随着勘探开发力度的加强,对盆地储层沉积学方面的研究越来越多。通过梳理松辽盆地中央坳陷区主要油层沉积学方面的研究,从岩石特征、沉积环境与沉积相、物源、沉积体系与沉积模式4个方面进行统计分析,明确了主要储层的岩相类型和岩性特征,以及主要储层的沉积相类型和沉积环境因素对沉积相的控制作用,并讨论了研究区三角洲沉积相的特征;对中央坳陷区的主要物源及目前物源研究的主要方法和不足、中央坳陷区沉积体系的类型和盆地沉积模式演化过程有了进一步认识。

喷针开度对冲击式水轮机转轮水力性能影响研究

冲击式水轮机是一种适用于中高水头段水力资源开发的流体机械,在我国西南地区高水头水力资源的开发中有着广阔的应用前景。本文以西藏紫霞水电站冲击式水轮机模型机转轮为研究对象,在5个不同的喷针开度下分别进行了转轮内部三维非定常多相流动数值模拟,分析了喷针开度对转轮水力性能与内部流动特性的的影响。预测结果显示转轮水力效率随开度上升而先上升后下降,在设计开度下水力效率最优。在0.75~1.60倍设计流量区间中,转轮水力效率的变化幅度小于1%。根据3个典型开度下转轮水斗内部非定常流动过程的对比分析,发现大开度工况时,水斗缺口处会发生水膜流的漏流现象,喷针开度越大时的泄漏量也越大,从水斗缺口处的漏流现象是其水力损失加剧的主要流动原因。研究为紫霞水电站230 MW大型冲击式水轮转轮水斗的水力优化设计提供了重要参考。

沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响

为研究沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响规律,基于DPM模型对油气混输泵内部的沙粒运动进行数值计算,并采用Finnie磨蚀模型计算油气混输泵过流部件的磨蚀率.研究结果表明:在沙粒质量分数较小时,沙粒与流体介质混合均匀;随着沙粒质量分数的增大,增压单元内的沙粒局部质量浓度显著增大,沙粒集中在叶轮压力面及导叶流道中部;沙粒质量分数增大会使磨损区域和磨损率急剧增大;在叶轮域中,磨损首先发生在压力面出口处,吸力面则在进口外缘发生点状和条状磨损;在导叶域中,压力面的磨损主要发生在外缘处,吸力面的磨损主要发生在进口轮毂处;从定量分析看,叶轮叶片表面的磨蚀率普遍大于导叶叶片表面的磨蚀率,磨损最严重的位置为叶轮叶片进口靠近轮毂处.研究结果可为改善油气混输泵抗磨损性能以及提高油气混输泵实际运行寿命提供一定参考依据.

稳态雷暴冲击风作用下典型矩形梁断面风压特性数值模拟研究

为研究稳态雷暴冲击风作用下矩形梁断面的风压特性,采用大涡模拟方法,对不同径向位置下2∶1矩形梁断面的绕流场进行数值模拟,并将数值模拟值与风洞试验值进行对比。在此基础上,对矩形梁断面的绕流场和风压分布特性进行了分析,并对矩形梁断面风压功率谱及相关性进行了研究。研究结果表明:在r=0.6D jet(发展阶段)、r=1.8 D jet(成熟阶段)和r=4.0D jet(消散阶段)三个典型工况下,矩形梁表面风压系数基本沿着中心轴对称,且矩形梁距离射流中心越远,其风压系数绝对值越小。其中,迎风面风压系数均为正值,下表面及背风面风压系数均为负值,而上表面的风压系数随不同径向距离而变化显著。在r=1.8D jet位置处,气流在下表面后端发生一定程度的再附,使下表面后端的压力有所增大;在r=4.0D jet位置处,气流在上表面前端发生分离导致前端负压进一步变大。迎风面区域的旋涡已经形成稳定结构,各测点的脉动风压能量基本保持稳定,背风面的上拐角处附近能量达到最大,而上表面和下表面的前拐角处能量较低。矩形梁断面同面测点风压系数均为正相关,且风压相关性随着测点间距的增加而减小;迎风面测点脉动风压相干性较强,相干函数值在0.9左右;而上表面和背风面测点的脉动风压分别在0.05 Hz附近以及在频率低于0.2 Hz时具有很强的相干性。在气动导纳函数方面,传统的Sears函数值在雷暴冲击风环境下将不再适用。

设计工况下离心泵作液力透平内部流动耗散特性研究

离心泵反转作液力透平是一种能量回收装置,但缺点是即使在设计工况下的效率也相对较低。为揭示液力透平的流动耗散特性,文章首先通过流体动能方程构建了涡量与流动耗散之间的关系。随后,基于拟涡能耗散理论对设计工况下的流动耗散进行了定量计算。最后,对主要损失部件内的拟涡能耗散分布特性与局部主要流动特征进行了关联分析,进而揭示了透平内部流动耗散的发生位置和产生原因。结果表明:拟涡能耗散评估方法能够较为准确地计算透平的流动损失,设计工况下各部件损失占比大到小排列分别为:叶轮、蜗壳、腔体、出口段和进口段。叶轮内局部拟涡能耗散主要发生在吸力面的前缘下游及叶片尾缘附近,叶片前缘冲击、回流、旋涡等不稳定流动是导致叶轮内局部拟涡能耗散的主要原因。蜗壳的拟涡能耗散主要由出口回流、隔舌前缘及壁面处的附着旋涡粘性耗散引起,腔体的拟涡能耗散主要由前腔间隙射流所引起的旋涡耗散及壁面旋涡粘性耗散组成。出口管的流动耗散特性主要受叶轮出流条件的影响,前腔间隙射流会对出口管内的主流产生冲击并引起局部水力耗散。研究结果可为高性能液力透平的设计提供参考。

不同转子轴向间隙下双螺旋轴流泵的内部流动特性

通过改变两螺旋转子之间的轴向间隙(1、5、10 mm),研究双螺旋轴流泵在不同转子轴向间隙下的内部流动特性。基于CFD模拟平台,采用浸入实体法,运用N-S方程和标准k-ε湍流模型,对不同轴向间隙和不同工况下的瞬态特性进行数值模拟,得到双螺旋泵在不同转子间隙下各过流部件在运转过程中的瞬态流动特性。结果表明:转子间隙为1 mm时泵的扬程最高,增大转子间隙(5和10 mm)泵的扬程依次减小;1 mm间隙下泵的升压性能最好,但流体在刚进入转子域出现了明显的负压现象,间隙增大后转子内抗堵塞能力增强,负压现象得到改善;双螺旋轴流泵的主要泄漏区域在转子啮合区,随着转子轴向间隙的增大,啮合区的速度增大,出现较明显的泄漏;双螺旋泵的扬程与流量成反比,随着设计流量的增大,3种间隙泵的扬程均逐渐减小。

地热井用潜水泵冲蚀磨损特性

为研究颗粒属性对地热井用潜水泵外特性和冲蚀磨损的影响,采用离散相模型和RNG k-ε湍流模型对两级潜水泵内流场进行了全流道数值模拟.结果表明:随着固体颗粒体积分数的增大,潜水泵各级扬程和效率均呈下降趋势,单级扬程最大下降1.68 m,单级效率最大下降5.18%;叶轮的冲蚀磨损主要出现在叶片工作面进口,导叶的冲蚀磨损主要出现在导叶工作面出口和导叶前盖板;随着固体颗粒密度的增大,各部件的平均冲蚀率增加明显;叶轮和导叶的最大冲蚀率均随固体颗粒粒径的增大呈增大趋势,其中导叶的最大冲蚀率随颗粒粒径变化相比叶轮更加明显,当颗粒粒径超过0.650 mm时,过流部件最大冲蚀磨损率急剧上升.

湍流模型对轴流泵全工况计算精度的影响研究

【目的】研究湍流模型在轴流泵全工况的数值模拟过程中对计算精度的影响。【方法】采用Standardk-ε、RNG k-ε和SST k-ω3种湍流模型对轴流泵进行全工况的数值模拟计算,将计算结果和试验结果进行对比并结合内流场进行分析。【结果】在定常状态下,采用Standardk-ε、RNG k-ε、SST k-ω3种湍流模型计算的扬程曲线与试验曲线的趋势基本一致。在正转逆流制动工况中,采用Standardk-ε和SST k-ω湍流模型计算扬程的精度相近且高于RNG k-ε湍流模型的计算精度,相较于RNG k-ε湍流模型扬程计算最大误差减小了0.13m和0.22m,平均误差减小了0.55m和0.48m。在正转水泵小流量工况中,采用Standardk-ε湍流模型计算的扬程值最大误差和平均误差最小,计算精度相对于其他2种湍流模型显著提高,相较于RNG k-ε和SST k-ω湍流模型扬程计算最大误差减小了1.19m和0.96m,计算的平均误差减小了0.56m和0.68m。在反转顺流制动工况中,采用SST k-ω湍流模型计算扬程的精度更高,相较于Standardk-ε和RNGk-ε湍流模型扬程计算最大误差减小了1.08m和1.63m,计算的平均误差减小了0.6m和0.9m。在反转水泵工况中,采用Standardk-ε湍流模型计算的计算扬程的精度更高,相较于RNG k-ε和SST k-ω湍流模型扬程计算最大误差减小了0.65m和0.74m,计算的平均误差减小了0.34m和0.44m。在正转水泵大流量工况、正转顺流制动工况、正转和反转的水轮机工况中,数值模拟的内流场流态平顺,外特性计算结果较为接近试验值,精度较高,且3种湍流模型的外特性计算结果相互接近。【结论】在实际轴流泵数值模拟计算中,可以根据不同的运行工况选用计算效果更好的湍流模型来保证计算的结果精确度。研究成果为特殊运行工况的轴流泵的数值模拟计算提供了参考。

特大流量潜水贯流泵叶轮水力设计优化研究

针对Q=100 m³/s的特大流量潜水贯流泵装置,对叶轮叶片及导叶进行水力设计,基于正交试验方法进行优化,对最优泵装置方案进行CFD计算,探究机组外特性,并对导叶出口边齐平与不齐平的两种导叶安放型式机组水力性能参数进行了对比分析。研究结果表明:叶轮轮毂比为0.4,叶片数为4,导叶数为6时,泵装置的效率最高,泵装置的最高效率为80.52%;1.0Qd工况下泵装置扬程为2.73 m,效率为74.68%;0.87Qd工况下泵装置扬程为4.50 m,效率为80.14%;1.12Qd工况下泵装置扬程为0.45 m,效率为23.77%;从扬程、效率、导叶段水力损失等参数,得出不齐平的导叶出水边安放型式机组水力性能更优。针对叶轮和导叶的造型方法及正交试验与CFD计算组合的优化方法均提高了水力优化工作效率,适于推广应用,研究成果对低扬程特大流量水泵开展的计算分析工作也为潜水贯流泵大型化发展提供了一定的水力性能参考。

基于图特征学习的泵类设备多组件故障诊断方法

针对轴流泵等泵类设备故障位置分散、传感器安装不便等难题,采用水听器装置采集水下声信号,并提出一种基于图特征学习的水听器信号故障识别方法。具体地,提出了针对一维声信号的无向图构建方法,包括节点构建、边构建、权重构建。基于线性加权策略构建加权图,使得图上同类型样本的近似程度能够得到更精准描述,提高后续诊断模型的识别精度。该方法采用图卷积网络构建故障诊断模型,并以加权图为模型输入。通过三层图卷积挖掘水听器信号中潜藏的各类故障信息,并构建SoftMax分类器得到样本的预测标签。通过自主搭建水泵试验台开展相应试验,试验结果表明,所提方法能够实现对轴流泵各部件多类故障的精确诊断,并与其他机器学习方法对比验证了其优越性。

高效大流量排水泵内部流动特性

为进一步理解排水泵的内部流动特性,以离心式排水泵水力模型为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对不同工况下离心式排水泵水力模型的内部流场进行数值模拟。将通过数值计算获得的水力性能数据与试验数据进行对比,验证数值计算方法的可靠性。计算结果表明:当流量较小时,泵内部存在流动旋涡,随着流量增大,流动旋涡现象得到一定程度的改善;叶轮径向力随流量增大而减小,轴向力随着流量增大而递增,且叶轮径向力具有较大幅值的周期性变化,而叶轮轴向力周期波动的幅值较小;泵内各监测点的压力脉动主频为1倍叶频,且高幅压力脉动均集中在低频区,主频脉动幅值随流量的增大而减小。研究结果证明了排水泵的内部流动特性,可为同类泵的优化设计提供有益的参考,从而提高其运行效率。

叶片几何参数对喷水推进泵水力性能和空化性能影响

本文主要通过数值模拟方法对不同叶轮叶片结构参数的模型泵进行研究,分析叶片攻角、叶片拱度、叶片侧斜角度、叶片纵斜角度对水力性能和空化性能的影响规律。结果表明,随着攻角增大,扬程总体呈上升趋势,减小攻角能使高效工况范围往小流量方向偏移,增大攻角能使高效工况范围向大流量方向偏移,攻角减小时扬程升高但临界空化余量增大,空化性能变差,攻角增大时扬程和空化余量都有所下降。随着相对拱度增大,泵扬程增加,增加幅度随流量增大而变大,小于设计流量的工况效率变化不大,大于设计流量的工况随着相对拱度增大而提升,提升幅度随流量增加而增大,但空化余量有小幅降低,空化性能有所提升。随着叶轮叶片侧斜角度增大,扬程和效率都有所下降,设计点的临界空化余量有所下降,空化性能变好。随着纵斜角度增大,大流量工况的扬程及效率下降,高效区向小流量区域偏移,空化余量却有所增大,空化性能降低。

轴流泵进水池内消涡装置优化设计研究

本文针对工程中存在的漩涡危害机组安全运行的问题,以进水池内附底漩涡为对象,基于漩涡的动力特性设计带消涡叶片的消涡导轮,消涡叶片和导轮采用流线式结构,设计了消涡叶片数分别为4、6、8三种方案,采用数值模拟和模型试验研究了消涡叶片数对消涡效果和水泵性能的影响。研究结果表明:速度梯度是漩涡产生的关键因素,速度梯度差异导致漩涡的产生,欲消除漩涡需要减小速度梯度分布差异,保证流动分布均匀。消涡叶片数影响消涡效果和水泵性能,消涡叶片数为4片时导轮附近存在局部小尺度漩涡;消涡叶片数为8片时,在导轮附近产生较大的局部水力损失;消涡叶片数为6片时消涡效果最好、消涡导轮附近产生的局部水力损失最小,泵装置效率提高1.0~1.3个百分点。消涡叶片数过小消涡不彻底,消涡叶片数过多,会减少过流量,增加额外的损失,只有保证消涡措施产生的水力损失小于漩涡产生的水力损失,消涡措施才是最有效的。

双向一体化泵闸在东莞市中堂镇内河涌治理中的应用

针对东莞市中堂镇斗朗水系流域内河涌汛期内涝、枯水期少水干涸的问题,引入一种新的泵闸型式——双向一体化泵闸。文章对双向一体化泵闸的特点、原理、构造等进行了介绍,最后结合斗朗新开河泵闸工程实例,介绍了该泵闸在解决工程问题时的应用及优点,并重点阐述该泵闸在内河涌治理中的自动化控制和调度方案,为双向一体化泵闸的推广应用提供了参考。

不同湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的应用与验证

为寻求一种经济、适合的湍流模型模拟轴流泵叶顶泄漏涡的结构和运动特性,该文基于ANSYS CFX软件平台,优化了六面体网格拓扑结构,比较了标准k-ε湍流模型(standard k-ε)、重正化群k-ε湍流模型(renormalization group k-ε,RNG),标准k-ω湍流模型(standard k-ω)和SST k-ω湍流模型(shear stress transport)等4种湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟中的计算精度和叶顶泄漏涡流场特征。数值模拟和试验结果表明,在最优工况下,SST k-ω湍流模型预测外特性曲线与试验曲线吻合较好,扬程误差为4.688%,较其他3种湍流模型准确;4种湍流模型计算的叶顶泄漏涡流线、叶顶区压力场和轴面速度场分布规律相似,但RNG k-ε和SST k-ω湍流模型计算的涡卷吸较强,涡带的旋涡强度相对较大。基于旋涡强度提出了一种对叶顶泄漏涡的涡心进行识别的方法,并与高速摄影拍摄的涡带结果进行了对比,在设计流量工况和大流量工况下,发现SST k-ω湍流模型计算的叶顶泄漏涡运动轨迹与试验结果吻合度较好,验证了SST k-ω湍流模型在轴流泵叶顶泄漏涡模拟具有较好的适用性。