基于MUSIG模型的气液两相流离心泵内部流动数值模拟

为了解决气液两相流泵内部流动数值模拟中所采用的欧拉-欧拉双流体非均相流模型无法考虑气泡离散相粒子直径变化以及气相之间的聚合作用与破碎作用,导致在高含气量时的模拟结果与试验存在一定差距的问题,文中将一种新型的欧拉-欧拉双流体拓展模型,即MUSIG模型用于气液两相流泵内部流动的数值模拟,通过与气液两相流工况外特性试验数据对比发现,入口含气率在5%左右时,MUSIG模型计算得到的外特性曲线与试验结果整体趋势吻合较好;普通的欧拉-欧拉两相流模型在大含气率下与试验相差较大.基于MUSIG模型,分析入口含气率对内部流动特性的影响,发现入口含气率的增加会引起内流失稳和流线紊乱,气相逐渐聚集在前盖板与流道中间部位,最后引起能量损失,叶轮出口压力下降.这些现象会随着入口含气率增加而逐渐加剧,最终扬程与效率均会随着含气率增加而下降.含气率小于3%时,内流较稳定;当入口含气率为5%时,扬程下降至32 m,效率下降至55%,推测此时流道内气相聚合,生成气囊.

气液两相入流条件下离心泵内部流动诱导特性实验研究

搭建了泵送气液两相流实验台,以比转速n_s=132.2的离心泵为模型进行气液两相入流条件下的流动诱导特性研究,获得了在不同进口含气率下的外特性和压力脉动、振动信号的频谱和概率密度图。研究结果表明:气液两相入流条件下,离心泵在小流量工况时的性能对气体更加敏感;模型泵在入流含气率超过8%以后,性能急剧下降且可测试的工况范围变窄并比较紊乱,能达到的最大入流含气率为10%;气液两相入流条件下,泵出口压力脉动主频仍为叶频,叶频处幅值随着进口含气率的增大而增大,含气率越大低频区的宽频特性越明显;压力脉动信号和振动信号均服从正态分布,随着进口含气率的不断增大,压力脉动的概率密度函数(PDF)幅值逐渐减小而压力幅值跨度逐渐变宽,振动的PDF幅值呈先增大,然后减小,在进口含气率为5%时达到最小(仍大于纯水工况),然后再增大的趋势,两者均可作为流态监测的重要依据。

离心泵叶轮斜切对出口回流及驼峰特性的影响

为研究叶轮出口斜切对于离心泵驼峰性能的影响,选用离心泵(IS 65-50-174)作为研究对象,利用试验获得叶轮斜切前后的外特性,并利用SST k-ω模型进行非定常数值模拟以获得内流场以及压力脉动特性.试验结果表明,叶轮出口斜切后,可以消除原模型泵中的驼峰现象,并在小流量区域引起更高的耗功.对驼峰附近工况0. 2,0. 3,0. 4倍设计流量下的内部流动进行分析,可以得到以下结论:随着流量的减小,原模型泵叶轮出口的低能量区,从前盖板转移到后盖板附近;而叶轮斜切之后,回流发生在叶轮后盖板附近,并随着流量的减小出口回流强度逐渐上升,进而形成较为稳定的性能曲线.对叶轮出口的压力脉动进行分析,发现斜切后低频脉动幅值减小,叶轮出口流动不稳定性有所下降.

气液两相条件下进口含气率对离心泵相似定律的影响

为了研究气液两相条件下离心泵相似定律的适用性,选用NKG65-50-140型直联式单级单吸离心泵,基于试验和数值模拟方法对其进行研究。首先搭建了气液两相流开式试验台,进行了3种转速、不同进口含气率条件下模型泵性能试验;然后采用Eulerian-Eulerian非均相流模型、由空气和水作为工作介质进行了数值模拟,得到了3种转速、不同进口含气率条件下叶轮内的流动情况和气相分布情况。研究结果表明:进口含气率通过影响气体在叶轮内的分布而影响旋转叶轮与液体能量交换能力,从而影响气液两相流相似定律的适用性;同一流量系数时进口含气率越大,相似定律的适用性就越差;随着转速的降低,气体分布呈现从叶片顶尖、叶轮流道中部和蜗壳隔舌处移动的趋势,特别是进口含气率大于0.03后,气体更易堵塞流道。最后通过对比试验结果和数值模拟结果,验证了低进口含气率下所采用的计算模型和方法基本可靠,为泵设计提供了理论指导。

气液两相流下叶片泵内部流动研究现状

对叶片泵内3种气液两相流动情形进行了介绍,并对比了叶片泵内气液两相流动与管内两相流动的不同.从泵送气液两相流体的基础理论、试验及数值研究3个方面概括了气液两相流下泵内部流动研究现状:由于理论分析方法的局限性较大,采用解析数学模型描述两相流动不稳定现象仍存在困难;试验研究和构建数值模拟方法是推动气液两相流条件下泵内部流动理论研究的主要手段,目前试验方面多集中于性能试验及采用高速摄影技术对泵内气泡运动及流型变换进行研究,PIV、超声成像和射线衰减等新型可视化技术应用于泵内气液两相流动的研究还较少,且对气液两相条件下压力、振动、噪声等不稳定流场的流动诱导特性还鲜有研究;现有数值计算方法不仅能对气液两相流下泵的性能做出预测,还能对其内部流动特性进行分析,但在高含气率下计算的精度不高,需要在试验的基础上对现有湍流模型和多相流模型进行修正以满足研究的需要.

基于Lighthill声类比理论的离心泵流动诱导噪声的数值模拟

基于Lighthill声类比理论,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对离心泵内部声场进行了求解。首先采用SST SAS湍流模型对离心泵内部流场进行了三维非定常计算,并导出声源信息,然后在流场计算的基础上进行声学求解,比较研究声学边界元法和声学有限元法在应用时的优劣。结果表明:蜗壳隔舌附近压力脉动强度最大、声压级最高,叶片通过频率及其倍频是各监测点上压力脉动的主频,叶轮与隔舌间的动静干涉作用是离心泵流动诱导噪声的主要原因;随着流量的增加,总声压级逐步减小,在效率最高工况点上达到最小,随后上升,偏离效率最高工况点越多,宽频分量越明显;声学有限元法对离散噪声的预估比较有优势,能综合考虑湍流噪声的各种声源,对内流场宽频噪声问题的研究更占优势。