高效率离心泵水力设计及BVF诊断

引入边界涡量流(BVF)理论对叶片进行诊断,探究叶片表面BVF分布与水力性能的关系,为将来改进设计提供诊断依据.选用IS150-125-250型离心泵(参考离心泵)基本参数,基于速度系数法和二元理论自编程序,设计出新的离心泵叶轮.与参考叶轮相比,新设计的叶轮进口端空间弯扭特征明显.采用RANS控制方程组和标准k-ε湍流模型对设计离心泵和参考离心泵全流道内流场进行数值模拟,对比分析两者含设计工况点在内的13个工况点的水力性能.同时根据设计离心泵和参考离心泵叶轮内流场计算结果,基于BVF诊断方法,对两叶轮叶片压力面和吸力面BVF分布进行对比分析.结果表明:相比参考离心泵,设计离心泵在小流量工况下扬程和效率较高,最高效率可提高5.3%.参考离心泵叶片表面BVF峰值较大,而设计离心泵叶片表面BVF分布更均匀,变化也更平坦,说明设计离心泵叶轮能更有效地抑制流动分离等不良流动的发生,改善了离心泵的水力性能.

低比转速离心泵叶轮的水力设计数值方法

低比转速离心泵叶轮因扬程高、流量小、流道长而使内流状态复杂,其水力设计普遍采用基于相似理论的方法,叶轮水力性能高度依赖叶轮模型和设计者的经验。综合考虑相似理论设计经验成熟和叶轮空间流动理论设计的优势,采用二元流动理论,应用准正交线法绘制轴面流网,结合欧拉能量方程,进行轴面速度的迭代计算,根据轴面速度的分布要求,不断优化轴面流道轮廓,用贝塞尔曲线对叶片头尾部进行修圆,依据该方法编制的程序完成比转速为67的叶轮水力设计。结果表明:通过对相关参数的调整可实现低比转速离心泵叶轮的快速设计,设计所得叶片表面数据齐全,便于数控机床加工制造,还可结合各种优化程序对叶轮进行优化设计。

三维CAD在水电行业中推广应用的探讨

从三维CAD的技术特点出发,讨论三维设计在现代工业中的意义,特别是在水电工程中推广应用的现实意义。三维设计的意义主要体现在与信息化时代的接轨,实现设计思想分享、协同设计、产品生命周期管理等现代化工程属性。三维设计的技术特点包括参数化、历史树、设计意图、特征、约束等要素,以及同步建模技术、可视化、与CAx的关联等先进应用功能。在行业中推广三维设计的关键问题是标准化和数据转换。本文对有关问题进行分析阐述,提出建议在水电行业中需要开展的工作。