旋喷泵性能参数的试验研究

旋喷泵是一种极低比转速的小流量、高扬程的单级离心泵。首先简要介绍了旋喷泵国内外的发展历程、基本结构、工作原理,以及适用于径流式机械流体分析的一元平均流动假设。其次,梳理了旋喷泵的扬程、流量、轴功率和泵效率性能参数以及特性曲线的定义,分析了轴效率的影响因素及其变化规律。最后,搭建实验平台和设定相关参数,获得了某型旋喷泵流量、扬程、轴功率和泵效率的数据。结果表明,旋喷泵的特性曲线比较平稳。

旋喷泵内部流动与能量损失分析研究

介绍了一种极低比转数旋喷泵的结构、工作原理及性能特点。本文选用k ε湍流模式,采用有限控制体积法对Navier Stokes方程进行数值离散,运用Simple方法求解,对旋喷泵叶轮在相对坐标系下和转子腔、集流管在绝对坐标系下的内部流动分别进行了全三维粘性数值模拟。通过分析研究内部流动规律,为旋喷泵设计和能量损失分析提供了理论依据。

旋喷泵转子腔的结构优化及数值模拟计算

通过改变旋喷泵转子腔的结构,结合CFD软件Fluent对不同结构的转子腔泵进行数值计算.计算时以XP300-3型旋喷泵为研究对象,基于雷诺时均N-S方程,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法.在已有的研究基础上,对转子腔结构进行优化设计,即在壁面增加凸棱、减小转子腔的轴向宽度以及2种结构叠加的综合优化设计,分析3种结构模型对泵性能的影响,再与原结构模型泵进行对比.结果表明:在同一工况下,相比于原模型,增加凸棱和适当减小转子腔的轴向宽度,都能有效减少流体在转子腔中的停留时间和过流面积,减小对泵体的磨损;两种转子腔结构对泵的扬程和效率都有明显的改善作用,尤其是对泵扬程的提高;在相同工况下,转子腔结构综合优化后,泵的理论扬程和效率较前面任何一种情况都有相当大的改善,表明在此旋喷泵转子腔的结构优化中,结构优化可叠加.

旋喷泵复合叶轮型式及性能对比

设计了两种型式的旋喷泵常用的复合叶轮,并应用CFD软件对叶轮内部流动进行了数值模拟,得到叶轮流道内压力和相对速度分布.设计时安装合适的短叶片可以减小流道的扩散程度,起到很好的分流、导流效果;通过两个模型泵的预测性能曲线对比分析表明,采用'S'形复合叶片,可满足旋喷泵性能的要求.但在2个'S'形叶片之间布置2个短叶片时,叶轮流道出现明显的旋涡,且其中一个短叶片附近有回流产生,使得水力损失增大,泵效率较低.而布置1个短叶片时泵的性能更好.

旋喷泵水力性能的试验研究

论述了旋喷泵的原理，性能与特点。通过不同试验方案，找出了较为理想的叶轮以及集流管的几何形状。推荐了计算旋喷泵扬程及集流管喉部流速的经验计算方法。

旋喷泵设计参数的分析探讨

介绍了一种新型、小流量、高扬程旋喷泵设计参数与其性能之间的关系，分析了影响泵性能的主要参数，并给出了设计以及选取这些设计参数的原则和取值范围。依此进行了实例计算，结果表明该设计方法及其各参数的选取原则符合工程实际，效果较佳。

旋喷泵集流管进口形状对水力性能的影响

采用连续方程、动量方程、交错网格和Simplec算法求解,对XP300-3型新型低比转数旋转喷射泵矩形叶轮、转子腔和集流管的内部流动进行了全三维数值模拟.分析了旋喷泵内部流动规律,得到了转子腔及集流管内部流动的速度场、压力场及湍动能的分布规律.设计了5种不同进口形状的集流管,并分别整体组合,比较了该5种模型的优劣,找到了集流管内部流动的一些规律.分析及数值模拟结果表明:集流管椭圆型进口长半轴跟转子腔半径相一致,长短半径相差不大更有利于解决过水断面充分入流的问题,进而减少其水力损失;通过对数据结果进行综合平衡分析和比较,得出了最优的参数组合.研究结果可为旋喷泵的性能预测以及集流管的优化设计和能量损失分析提供理论依据.

旋喷泵内流场的数值计算及性能预测

对旋转喷射泵内的流场进行了数值模拟,计算得到了泵内部湍流流场的分布规律,并将计算结果与试验得到的结果进行了对比和分析。对于了解旋喷泵内部流动情况,提高旋喷泵的效率,特别是叶轮和集流管等有关几何参数对泵性能影响,改进旋喷泵的水力设计很有参考价值。

旋喷泵集流管的设计方法及内部流场分析

通过对一种新型极低比转数旋喷泵的研究分析,采用连续方程、动量方程、交错网格和Simplec算法求解,对旋喷泵矩形叶轮在相对坐标系下和转子腔、集流管在绝对坐标系下的内部流动分别进行全三维数值模拟.通过分析研究旋喷泵内部流动规律得出转子腔及集流管内部流动的速度场、压力场的分布规律并比较3种模型的优劣,为旋喷泵设计和能量损失分析提供理论依据.研究结果可以用于旋喷泵的性能预测以及集流管的优化设计.

运用三维动网格技术模拟计算旋喷泵的非定常流动

运用三维动网格技术,对旋喷泵非定常流场进行数值模拟。使用Fluent流动软件的Profile文件定义旋转计算域边界面的转向和转速,将所有计算域设在同一个参考系中。采用弹簧光滑法、动态分层法及局部网格重构法等3种方式实现计算域网格变形。非定常计算得到了旋喷泵的流速、压力、出口流量及转子径向力等随时间的变化结果。计算显示:在经历了一段转子启动时间后,旋喷泵出口流量趋于平稳并随时间作规则的周期脉动,脉动频率与转子的叶片数相对应;转子所受的径向力方向是由轴心指向集流管的背流一侧。旋喷泵转子所受径向力的脉动幅度较大,转子腔内液流与集流管的动静干扰现象不容忽视。本研究表明采用动网格技术可实现旋喷泵的三维非定常流场数值模拟并具有广阔的应用前景。

低比转数旋喷泵的试验研究

介绍了一种低比转数旋转喷射泵的结构、工作原理及性能特点. 通过对产品的设计与试验,分析了叶轮及集流管的几何参数对旋转喷射泵水力性能的影响.

集流管结构对旋喷泵外特性及尾流影响

针对集流管结构严重影响旋喷泵性能这一问题,本文以专用的旋喷泵开式试验台和5种安装不同结构集流管的模型泵为研究对象,分析了集流管结构对旋喷泵内、外特性影响。数值计算为避免各向同性涡粘假设,选择雷诺应力RSM linear pressure-strain模型,将数值计算结果与试验结果对比以验证其可信度。结果表明:试验泵集流管进口直径过小或者过大都会导致旋喷泵扬程与效率的下降。集流管外形对旋喷泵的扬程、效率影响明显,翼形集流管扬程、效率较高。旋喷泵尾流区相对半径r′<0.5与r′>1.0范围内受旋壳效应影响,高速层和低速层之间动量传递剧烈,不同结构集流管在同一位置坐标雷诺应力数值差异普遍在10-4量级。研究结果可为集流管结构设计及选型提供重要基础。

旋喷泵叶轮内部流动的全三维数值模拟

文章分析了旋喷泵叶轮流道的物理模型,建立了流道内部流动解析的数学模型,自行开发软件对旋喷泵叶轮流道内部流动进行了全三维势流分析,计算了叶轮产生的理论扬程,同时应用工具软件Fluent对叶轮内部流动进行了计算。通过对两种方法的计算结果进行比较,证明了该计算方法的可行性。

旋壳差速效应对旋喷泵性能影响

以旋喷泵为试验对象,完成了旋壳与叶轮同步变转速性能试验以及旋壳与叶轮非同步差速数值研究.为避免各向同性涡黏假设,数值计算选择雷诺应力RSM linear pressure-strain模型,将数值计算与试验结果对比以验证其可信度.结果表明:变转速试验中该泵的流量与扬程符合相似定律,最优效率基本保持不变,各转速下最优效率的最大偏差为3.1%,趋于常数.差速试验中旋壳转速升高引起径向液体压力梯度增大,导致旋壳内任意位置半径r大于叶轮出口半径r2区域的液体压力增加,而旋壳内任意位置半径小于叶轮出口半径区域液体的压力降低.受叶轮与旋壳差速扰动影响,集流管进口和尾涡区域湍流动能数值普遍较高,该区域能量损失大,涡的大小、形态、涡心位置随旋壳转速不断变化,主要分布在叶轮出口与流动中心区.与额定工况相比,旋壳转速的升高能够提高旋喷泵的扬程,但由内壁面带动液体快速旋转增加液体能量的方式会导致泵效率下降.旋壳转速在一定范围内的降低有利于能源的高效利用,提高泵效率,该泵试验范围内最优旋壳与叶轮转速比为0.75,研究结果对今后旋喷泵差速运行有指导意义.

基于旋壳圆筒效应的旋喷泵内部压力计算模型

旋喷泵内部压力提升是叶轮与旋壳共同作用的结果,一直以来泵腔内部压力根据叶轮出口压力确定,忽略了旋壳的圆筒效应,导致泵腔压力计算不够准确。为解决这一问题,基于旋壳圆筒效应建立旋喷泵内部压力数学模型,引入液体旋转系数,应用试验与数值计算相结合的方法对液体旋转系数进行了分析验证,并对液体旋转系数的影响因素进行了敏感性分析。结果表明:可以建立旋喷泵内部压力数学模型,通过理论计算内部压力分布,旋喷泵内部压力计算需考虑旋壳效应;试验泵液体旋转系数为0.75,在该系数下泵腔内部压力理论值与试验值吻合度较高;以一复式叶轮旋喷泵为实例,验证了该旋喷泵内部压力数学模型的可靠性。液体旋转系数影响因素敏感性分析表明:壁面粗糙度、转速、流量对液体旋转系数影响较小,试验范围内液体旋转系数介于0.736~0.764之间,波动较小,不超过3%,可以认为是定值。本研究结果可为旋喷泵内部压力理论计算及集流管安装高度选取提供参考。

旋喷泵内能量损失及流场数值计算

通过分析旋转液流在旋喷泵转子腔及集流管内流动规律,从理论上证明转子腔内存在一个旋转液体自由表面,采用伯努利方程和流体静力学平衡方程,推导出描述旋喷泵压力的数学模型,并分析了影响旋喷泵压力的主要参数.以时均N-S控制方程和RNGk-ε模型为基础,应用CFD技术对旋喷泵整机进行了数值计算,结果表明:转子腔内液体环流与转子腔半径和旋转角速度相关,转子腔及集流管是旋喷泵能量转换的主要载体.

集液管及其内部导流板对旋喷泵性能的影响

为研究集液管对旋喷泵性能的影响,本文对旋喷泵内部流场进行了数值模拟,获得了整泵流道内的速度、静压强和湍动能分布。本文对比了不同流量工况下的流动参数分布特征,重点讨论了集液管及内部导流板对流动的影响及集液管受到的流体作用力。结果表明:旋喷泵转子腔内的流动参数分布规律性强,在集液管入口处及集液管内流道转弯处存在着较高的静压强梯度;未设置导流板时集液管内流体湍动能较高,但泵性能较设置导流板时高;集液管所受的流体作用力合力随流量增加而下降,其中沿泵轴的作用力分量占主导地位,加装导流板后集液管的受力略下降。

旋喷泵叶轮及内部流场的数值研究

对由矩形流道叶轮、复合式叶轮与大包角后弯叶轮组成的旋喷泵进行全流道数值模拟。研究发现,矩形流道叶轮的压力、速度分布都较均匀,泵的扬程、效率均能达到要求;后两种形式的叶轮的压力梯度分布不均匀,出口处压力分布不理想,速度分布也不均匀。速度分布的不均匀反映出内部流动的不平稳,有回流和大旋涡产生,效率很低。因此,旋喷泵的叶轮选择矩形流道的叶轮较好。

旋喷泵集流管喉部截面积数值模拟计算

利用流体的三大控制方程作为理论基础,采用交错网格,使用Simple算法,对旋喷泵的内部流场作多种参数的三维数值模拟.以XP300-3型旋喷泵作为研究对象,在已有的研究基础上,对集流管喉部截面积进行多组参数、较详细的设计,分析比较,得出不同喉部截面积对泵性能的影响.研究结果为旋喷泵集流管的优化设计和能量损失分析提供了理论依据,为旋喷泵集流管入口段的优化设计提供借鉴.

旋喷泵的效率及集流管水力设计方法探讨

通过分析得出,旋喷泵在小流量、高扬程工况下运行时的效率高于多级泵和高速泵。在研究旋喷泵集流管与叶轮匹配及集流管扩散损失的基础上,给出了设计扩散管水力参数的公式。