瞬变工况下多级液力透平内部流动特性数值模拟

为了研究多级液力透平瞬变工况时的内部流动特性,以一个二级离心泵反转式液力透平为研究对象,考虑非线性速度梯度与螺旋度影响,构建动态亚格子应力模式的大涡模拟湍流模型,对多级液力透平内部流场进行全流域非定常数值模拟,获得瞬变工况下液力透平内部流场的瞬时压力脉动的变化规律,并分析瞬变工况下涡流在液力透平内部的演变规律。结果表明,瞬变工况下,流量瞬变会引起液力透平内部各部件的压力脉动突变,该突变压力强度远超过液力透平内部各部件自身的压力脉动幅度,其中进水室受流量瞬变的影响最大,叶轮受流量瞬变的影响相对比较小。液力透平在瞬变工况时,进水室的速度流线分布更加均匀,叶轮处的速度流线分布也变得相对均匀,但级间导叶处和出水室的速度流线分布更加杂乱,旋涡比较多。研究结果将为新能源车辆氢能储能、石油化工等领域中的液力透平结构改进提供理论依据。

基于PIV测试的螺旋离心泵内部流动特性研究

为了研究螺旋离心泵内部流体流动机理,通过对螺旋离心泵改造和透明化处理,应用PIV测试技术,取螺旋离心泵轴截面和径向截面分阶段获得各截面上速度变化,进而得到各个截面上的流动信息,揭示螺旋离心泵内部流动状态。结果表明:整个轴向截面中,物理参量扰动大于径向截面,尤其在叶轮流道的轴截面,有明显的涡旋出现。在深入蜗壳的叶轮流道中,涡旋数量明显增加,这是因为该区域的流体方向在叶轮旋转和蜗壳使其变化过程中,同时受力分配促进了这种变化;在径向截面上,能明显看到速度方向和流线沿一个方向旋转,同时,流体均有由中心向外运动的趋势,这是叶轮螺旋段螺旋推进作用后又一个重要组成部分离心段的离心力作用决定的,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。

正反馈式流体振荡器内部流动特性的数值模拟

为探索正反馈式流体振荡器内部流动特性,建立了正反馈式流体振荡器的三维数值模型。采用数值模拟的方法对流体振荡器的内部流动特性进行了研究,通过监测特征点的压力变化和特征面的质量流率变化,对振荡器的内部流动过程进行量化并分析其内部的流动过程和原理。结果表明,在柯恩达效应和涡流的共同作用下,该正反馈式流体振荡器内部流场呈周期性振荡,振荡腔和反馈通道中的流体流动过程具有良好的周期性和稳定性,且频率与振荡器振荡频率一致。

超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。

不同结构离心压气机内部流动特性的数值分析

为了研究扩压器出口相对蜗壳位置对离心压气机内部流动特性的影响,采用ANSYS-Fluent软件对包含进气道、旋转叶轮、无叶扩压器和非对称蜗壳的离心压气机进行了整机全流道数值模拟,分析两种不同结构形式压气机的内部流动特性。计算结果表明:扩压器出口相对蜗壳位置对压气机性能有明显影响;在设计工况下,非内嵌式扩压器与蜗壳组合方式的压比高于内嵌式,整机气动噪声要低于内嵌式;但随着流量的增加,内嵌式压气机的性能优于非内嵌式,且转速对整机噪声的影响甚微。这一结果将为改善扩压器与蜗壳的组合方式提供参考。

轴流风机结构优化设计及内部流动特性分析

针对如何提高便携式轴流风机的运行性能,通过对其结构进行优化设计,主要研究转子部件的叶片数及叶片安装角的改变对叶轮与导叶匹配性的影响.基于SST k-ω湍流模型,采用数值模拟探究其内部流动特性,并通过试验验证其可靠性.研究结果表明:叶片安装角对轴流风机性能影响较大,而叶片数的影响相对较小.通过对比分析不同模型间的内流特性,确定了适合便携式轴流风机的叶片安装角和叶片数;发现叶顶泄漏涡的发展对后导叶的影响随着安装角的变化存在不同,并诱发叶轮与导叶交界区域流体扰动,影响叶轮和导叶的匹配性;湍动能在叶轮叶片进口处存在最大值,叶顶区因叶顶泄漏,其湍动能相较于叶根区更大.便携轴流式风机结构优化和内部流动特性的分析对其设计具有一定的指导意义.

氦低温透平膨胀机的设计和内部流动特性研究

为验证氦低温膨胀机叶片设计的有效性,利用了NUMECA和CFX软件对设计透平流道进行设计工况下的数值模拟计算及分析,其中分别对工作轮流道、喷嘴流道和整体流道进行计算分析,获得了较好的温度场、压力场、相对速度场分布和较高的等熵效率,结果表明了数值计算结果是可信的,叶型设计是合理的。

基于PIV测试的离心式螺旋泵内部流动特性研究

针对离心式螺旋泵内部流动特性研究不够深入的问题,基于PIV测试技术对离心式螺旋泵的内部流动特性进行了研究。泵分为外部结构和内部结构,外部结构组成为进口法兰、吸入壳体、出口法兰和泵轴,内部结构组成为螺旋段和离心段。利用速度三角形,对连续性流体建立RNG k-ε模型,固相颗粒采用拉格朗日坐标系和欧拉坐标系,对介质的流场进行计算。试验结果表明,得出了泵内部流场状态为:叶片出口处为高速区,湍流强度较大;叶片入口处为低速区,湍流强度较小。

基于CFD的压力交换器压力能转换效率及内部流动特性研究

为分析压力交换器的压力能交换效率及内部流动特性,本文采用计算流体动力学(CFD)的方法,对不同进、出流管道半径R和不同转速下压力交换器的流场进行数值模拟计算。通过分析发现:进、出流管道半径越小,压力转换效率越低,高压管路进出口压差越大,高、低浓度盐水的掺混率越高;转速对转换效率的影响并不具有唯一确定性,转速对压力器压力能交换效率的影响程度具有周期性,但是每个周期的幅度不同,其中转速n=1000r/min时压力转换效率最低;转速越小转换效率越高,但是存在转子转速不适应能量转换效率的转速存在,即n=1000 r/min时,不能适合实际应用需求;在给定设计流量和转速情况下,本文设计的压力交换器可以用于压力交换,但效率有待提高,需要进行模型优化。

离心泵小流量工况下的内部流动特性

随着科学技术的发展和离心泵使用量的不断增加,人们越来越重视离心泵运行的稳定性和高效性,离心泵内部流动特性决定着其性能和运行状态,一般说来,离心泵内部流动性越好,速度和压力的分布更具规律性,则运行状态更稳定。不同的离心泵系统设置不同,且离心泵运行状态也不同,多是在小流量工况下运行,一般情况下,离心泵在小流量工况下运行会出现不稳定现象,比如会出现回流、失速、流动分离等情况的发生,这时会严重影响离心泵运行的稳定性和高效性,因此,为更好地研究离心泵小流量工况下的内部流动特性,文中针对IS160-50-65型离心泵在小流量工况下进行数值模拟分析,并为离心泵小流量工况下的内部流动特性提供一定的数值参考。

高比转数轴流泵内部流动特性研究与模型开发

针对太湖流域治理工程、引江济淮工程以及淮水北调工程等大型调水工程建设,开发了1375型高比转速低扬程轴流泵模型,进一步满足新建和改造低扬程泵站工程的选型需求。

论述柴油机多孔喷油器各孔喷油规律及内部流动特性研究

柴油机多孔喷油器各孔喷油规律是研究中的一大重点,具有重要的应用价值和现实意义,文章对柴油机多孔喷油器各孔喷油规律进行差异分析,并建立相应的三维模型,展开喷嘴内部流动的特性研究。最后,文章对各孔喷油规律及内部流动特性模拟分析。

离心式喷嘴充填过程内部流动特性仿真

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴充填过程中的内部流动特性。研究了气液界面随时间的变化过程,发现了充填过程中气核收缩和旋转液膜的现象;通过提取气相体积分数等值线的方法计算了充填过程中喷嘴出口液膜厚度和喷雾锥角的变化。结果发现:液膜厚度随出口流量的增大而增大,出口喷雾锥角随出口流量的增大而减小;描述了喷嘴旋流室内的回流现象,分析了充填完成后的压力场和速度场分布,发现在压降和气液作用的共同影响下,中心气核轴向速度沿轴向先增后减。

超声速膨胀器转子内部流动特性与损失机理研究

为了进一步提高超声速膨胀器转子性能,采用数值方法对其内部流动特性和损失机理进行研究。发现膨胀流道入口处膨胀波和出口处斜激波的波系分布控制超声速膨胀器转子内部的三维流动结构;泄漏涡的产生、发展和破碎过程是其内部旋涡运动的主要特征;超声速膨胀器转子内部的流动损失可分为叶型损失、端壁损失、间隙泄漏损失和尾迹损失,吸力面下表面附面层与隔板之间的摩擦损失是叶型损失的主要形式,斜激波作用下附面层的分离、回流、低能流体与主流掺混以及斜激波与斜激波、斜激波与附面层相互作用所导致的损失是端壁损失的主要来源。

带内部叶轮结构的涡轮盘腔流动与温降特性研究

在典型涡轮盘腔内设计了叶轮结构以增大冷却气流的出口温降,并对带叶轮结构的盘腔内部流动与温降特性开展了数值模拟。计算结果表明:在相同工况下,低半径叶轮的总温降大于高半径叶轮的总温降,且前向叶轮的温降能力优于直叶轮,而直叶轮的温降能力优于后向叶轮。叶轮进出口角度对温降效果影响显著,在航空发动机实际工况下,存在叶轮工作最佳进出口角度。

低比转数离心泵叶轮内部流动的测量

设计了一副5叶片的低比转数离心泵叶轮,并应用二维粒子图像速度仪(P IV)成功地测试了转速1250 r.m in-1下5个不同工况以及相同流量、转速分别为1 000,750 r.m in-1工况下叶轮内的瞬时流场.测试结果充分揭示了叶轮内相对速度矢量场的特征及其分布规律.结果表明:离心泵叶轮通道内液体受曲率、旋转产生的离心力和科里奥力作用,相对速度由叶片进口吸力面高、压力面低滑移为出口压力面高、吸力面低,叶轮内部的流动呈现非对称、非均匀特点;相同流量不同转速下叶轮内部流场的规律基本相似,但流动偏转角(Δβ)随转速增大而增大.

旋启式止回阀关闭过程瞬态流固耦合特性研究

某核电厂重要厂用水系统止回阀的内部流动特性不明,缺少相应的应力应变分析,同时也较难对其进行试验研究。为此,采用动网格方法,建立了流固耦合计算模型,并进行了仿真计算,对核电厂重要厂用水系统旋启式止回阀关闭过程的流固耦合特性进行了研究。首先,针对某核电厂止回阀原型,建立了阀门及水体模型,并进行了网格无关性验证,确定了其最终的计算模型;然后,使用profile编写了阀板运动控制规则,设置了动网格模型,利用ANSYS单向流固耦合方法,设置了其交界面与约束条件,对止回阀瞬态关闭过程进行了仿真计算;最后,对关阀过程中不同开度的流场速度压力分布和结构场应力变形变化进行了分析。研究结果表明:在止回阀的关闭过程中,阀内流场最大速度在关闭初期为17.87 m/s,并逐步降低至0 m/s;止回阀的最大等效应力和最大变形量分别出现在转轴与阀体连接处以及阀板的最下部,分别为1.5474×108 Pa和4.74 mm,并随开度减小而增大。依据计算结果得到了该止回阀关闭工况的流场变化与阀门应力、变形响应特性,提高了设备运行的可靠性,可以为设备的优化设计提供参考。

回流孔径对磁力驱动离心泵内部流动的影响分析

为研究回流孔径变化对磁力驱动离心泵内部流场及水力性能的影响,分别以6、8、10 mm等3种不同回流孔径的磁力驱动离心泵模型,通过定常、非定常以及流热耦合等数值计算与外特性试验相结合的方法,开展了回流孔径变化对磁力驱动离心泵外特性、内部流场、温度场以及压力脉动特性的影响规律研究。结果表明,(1)回流孔径的变化对磁力驱动离心泵的扬程、效率及泵内部流场的影响较小,其中随着回流孔径的增大,磁力驱动离心泵扬程及效率呈下降趋势;(2)回流孔径的变化对冷却循环流道内的流场、温度场以及压力脉动性能的影响较大,其中随着回流孔径的增大,冷却循环流场内的压力分布逐渐减小,湍动能分布呈增大的趋势,冷却循环流道的冷却效果逐渐变强,另外回流孔径变化对传播进入冷却循环流场的压力脉动强度影响较小,对冷却循环流场内的压力脉动衰减速度影响较大。综上可知,回流孔径变化对泵内流场的影响较小,对冷却循环流道内的流动特性影响较大。

长短叶片混流式水轮机转轮内部流场数值模拟研究

多泥沙河流运行的水轮机的泥沙磨损一般都很严重,尤其是高水头混流式水轮机。本研究对一多泥沙河流上的高水头长短叶片混流式水轮机的内部流动特性进行了数值预测。数值结果表明,小流量和设计工况下,水轮机流场及压力分布均较为平稳,泥沙浓度最高区域位于叶片头部及出口靠近下环处,泥沙速度最高区域位于长叶片背面,设计工况下转轮长短叶片表面泥沙速度明显高于小流量工况。根据转轮叶片表面的泥沙浓度分布和流动特性情况,可以进一步预测水轮机转轮叶片的磨损情况,为多泥沙河流电站水轮机泥沙磨损研究提供参考依据。

不同进口高度排水管道用涡流装置截流特性模拟与试验

为研究不同进口高度h的涡流截流装置的截流特性,选用瞬态不可压缩流动的N-S方程和重整化群RNG k-ε湍流模型,采用欧拉模型中的VOF(volume of fluid)法对涡流截流装置进行了数值模拟,分析了进口高度h对涡流截流装置截流特性、截流效率的影响,并且研究了涡流装置内部流场分布特性,同时对涡流截流装置的截流特性进行了试验验证。结果表明,进口高度越小,截流能力越强;涡流截流装置的截流效率,随着高度h增大先减小后增大,转折点在3h/5~4h/5之间;当进口宽度固定时,为了保证不发生溢流或者堵塞,且能够实现较好截流,涡流截流装置的进口高度应选择4h/5~5h/5之间,此时,涡流装置的进口截面面积大于出口截面面积。涡流截流装置的截流主要是因为在装置内部形成了局部低压,静压力转换为流体运动的动压力,使流体产生高速旋流,发生了旋流截流。该研究可为城市污水截流装置提供新的可选设计方法,降低污水溢流或者内涝发生率。