基于离心泵全流场的流固耦合分析

运用ANSYS workbench软件,选取IS100-65-200型单级单吸离心泵作为研究对象,对离心泵包括叶轮、螺母和轴等转子系统进行单向流固耦合分析。在流固耦合计算中,施加到固体结构的流场载荷不仅有叶轮和蜗壳内部流场,同时还考虑了叶轮前后腔的流场载荷;对转子系统力学分析仅对轴承与轴接触处采用轴向和径向约束较符合实际的约束条件。此外,为了解泵转子系统的固有频率和临界转速等问题,本文还对转子系统进行了模态分析,得到了其固有频率和振型,并将计算得到的临界转速与常规的临界转速计算结果进行了对比分析。

多级多出口离心泵的数值模拟及试验验证

应用ANSYS-CFX软件及标准k-ε湍流模型,实现了对多级多出口离心泵整机全三维流场的数值模拟,通过分析不同出口设置下的泵内流场分布和压力分布,发现处在泵出口下游段的泵级流量为零,级内的液流处于自循环状态,伴随有较大的能量损耗,且产生较大的静压,对泵强度及可靠性产生一定影响。然后计算出泵的特性曲线,发现当泵出口设置在多级离心泵最后一级时,泵扬程及效率达到最高,泵出口位置越向前级移动,多级泵扬程和效率下降越多。最后通过与试验性能曲线进行对比,验证了计算方法及结果的准确性。

多级多出口离心泵的流动能耗计算分析

采用CFD技术对多级多出口离心泵的能量损耗进行分析研究。当泵出口设置在多级泵中段时,泵出口下游段泵级出现明显的大尺度涡旋,级内的液流处于自循环状态造成严重能耗。为定量掌握分析该部分能耗,将泵出口后下游段的流动域卸除进行模拟计算及性能预测,与原模型的性能对比得到能量损失结果。计算结果显示,随着泵出口下游段级数的增多,泵扬程没有明显变化,泵总效率却显著下降,但平均每级效率损失减少。

基于叶轮压水室特性匹配的离心泵作透平的性能预测

离心泵反转作透平(PAT)作为一种方便快捷的能量回收装置,具有显著的工农业应用价值,PAT应用的前提是掌握离心泵正反转模式下性能参数的换算关系。本文从有限叶片数的欧拉方程和转轮进出口速度三角形出发,推导了PAT转轮特性方程。借鉴离心泵叶轮和压水室的特性匹配原理,由PAT转轮与压水室特性方程联立求解获得了PAT的最优工况点流量、扬程等参数的预测计算公式。该性能预测方法仅需已知转轮和压水室的几何参数而不受比转速等条件的限制,具有通用性和实用性。预测方法得到了PAT的实测结果的验证,性能预测和试验结果的相对误差都在工程允许的范围内,表明本文所提出的性能预测方法是切实可行的,可为PAT的选型及应用提供理论依据。

液环泵工作状态监测系统的研究

液环泵广泛应用于电力、石油、化工、冶金、消防等领域,其运行状态直接影响到整个机组的工作和安全性能,一旦发生故障,将造成重大经济损失甚至严重事故。根据液环泵安全可靠运行的需求,本文研究开发了一套液环泵工作在线监测及分析系统,能够实现对液环泵的温度、压力、流量、轴功率、转速、振动等性能参数的采集、处理、显示、存储、异常判断和故障报警,及时发现潜在的故障及其原因。通过液环泵的实验测试,验证了该监测系统的有效性及实用性。

基于全流场的离心泵轴向力计算及实验验证

目前采用CFD模拟计算已经成为泵外特性和轴向力预测的重要方法。本文选取KCP 80×50-315型单级单吸悬臂式离心泵作为研究对象,在全工况下对泵的全流场运用ANSYS CFX软件进行了模拟计算,流体计算域除了包括常规的进口段、叶轮域、蜗壳域和出口段之外,还包括了前后密封环间隙、泵体与叶轮前后盖板间的空腔及平衡孔等流体域。此外,为了验证泵外特性和轴向力预测计算的有效性,本文还进行了泵外特性和轴向力的实验测试。

多级离心泵多变量优化设计研究

从建立多级离心泵叶轮特性与导叶特性的匹配关系入手,建立了包含叶轮和导叶参数的一个实用化离心泵的多目标多变量优化数学模型。应用MATLAB遗传算法工具箱对该多目标多变量优化模型进行数值求解,得到了叶轮进出口直径、叶轮进出口宽度、叶轮叶片数、叶片出口角、导叶的基圆直径、喉部尺寸、导叶叶片数等关键设计参数的优化结果。最后采用面积比原理验证了该优化方法的实用性。

运用两种网格模拟计算液环泵喷射器流场的对比研究

本文以P360型液环泵喷射器作为研究对象,分别采用结构和非结构计算网格,应用RNG k-ε湍流模型对喷射器的超音速混合气体流场进行了数值模拟。计算得到了两种网格条件下喷射器内的压力、马赫数及温度等参数的分布规律。通过与实测结果对比表明,采用结构网格计算得到的液环泵喷射器性能与实测结果较为吻合,也能较好地捕捉到喷射器内激波膨胀波交替循环的流场结构。

运用三维动网格技术模拟计算离心泵非定常流动

运用三维动网格技术,对离心泵非定常流场进行数值模拟。使用Fluent流动软件的Profile文件定义叶轮计算域边界面的转向和转速,将所有计算域设在同一个惯性系中。采用弹簧光滑法、动态分层法及局部网格重构法3种方式实现计算域网格变形。在同样的计算模型、计算网格、初始条件、边界条件及软件设置条件下,将动网格与传统的滑移网格计算结果进行了对比。计算结果显示:在经历约5个叶轮旋转周期后,两种计算网格数值结果趋于一致,但动网格的迭代速度几乎是滑移网格迭代速度的3倍。原因是动网格计算仅在一个惯性系中进行,新旧网格节点的拓扑关系保证了良好的计算精度和时间上的连惯性;而滑移网格计算因多参考系之间的数据对接影响了时间上的连贯性、降低了迭代速度。研究表明采用动网格技术可实现水泵的三维非定常流场数值模拟,具有较强的通用性和广阔的应用前景。

基于CFD的液环泵性能预测及试验验证

液环泵是广泛应用于油气储运等工程领域的基础设备。液环泵内的气液两相流动十分复杂,且存在能耗高、效率偏低等问题,目前关于液环泵性能预测的研究十分匮乏。运用多相流欧拉分析方法,模拟计算一种单级双作用液环真空泵内非稳态气液两相流场,得到了工作状态下液环泵内气液两相流速、压力及相分布规律,液环泵吸气量和排气量等性能参数的非稳态特性及叶轮内气流旋涡分布规律。在流场数值模拟的基础上,预测计算了不同转速下的液环泵吸气量、轴功率与吸入压力关系等性能曲线,并进行了试验验证,结果表明:所采用的数值模拟和性能预测方法对液环泵的优化设计和应用具有一定的工程指导作用。

运用变转速法计算离心泵启动停机的瞬态流动性能

离心泵启动和停机等问题归根结底是离心泵水力性能随转速变化的瞬态过程。以常用的IS125型管道离心水泵为例,在数值模拟中采用叶轮转速随时间变化的CFD计算方法,研究离心泵开机、停机等变转速过程中水泵内部流动状态以及外特性的动态变化。整个模拟计算过程包括泵启动、正常运行、停机和停机后4个阶段。模拟计算得到了4个阶段不同时刻泵内流场分布状况,得到了4个阶段流量扬程等水泵外特性参数随时间的变化规律,可为改善水泵的设计性能和实际运行性能提供理论依据。

基于CFD的离心泵关死点流动性能分析

流体动力学数值计算(CFD)被广泛用于研究离心泵内部的流场和外特性预测,在设计工况下计算准确性较高,近年在流体机械领域的研究中占有重要位置。然而针对关死点工况离心泵流场的CFD模拟,现有研究都是采用极小流量作为边界条件,难以得到水泵关死点的真实流动性能。本文采用完全零流量的边界条件,以常用的IS125型管道离心水泵为例,借助于瞬态CFD流场计算技术,进行关死点及其附近工况的非定常流场数值模拟和性能预测,并得到实测结果的验证。研究结果发现,在非设计工况尤其是关死点和小流量工况下,叶轮每个通道内具有不同的流场分布和过流能力,导致水泵性能参数出现较大的脉动现象。在关死点工况下,蜗壳隔舌所承受的流动冲击最为严重,靠近蜗壳上游的叶轮通道是排水状态,而靠近蜗壳下游的叶轮通道则是吸水状态。本文提出的关死点和小流量工况下离心泵流场计算方法能较为有效的预测该工况下泵的扬程和轴功率,得到的叶轮流道过流能力大小的结论,具有一定的学术和工程价值。

圆柱体不可压粘性流体非定常绕流的数值模拟

在本文中通过由计算机产生随机扰动并在物理模型中考虑随机扰动影响的做法,我们从非定常的NS方程出发,采用作者所发展的部分解析解格式以及一种保证壁面无滑移条件严格满足的新的确定壁面涡量边界条件的精确方法,仔细地计算了圆柱体不可压粘性流体非定常绕流的Karman涡街、数值结果与实验观察相符合。在计算中,我们还考虑了圆柱的起动过程。