地热井用两级潜水泵内流熵产诊断及水力性能优化

为了提升地热井用潜水泵的运行效率,根据地热井用潜水泵的流动参数和实际运行工况,完成了两级潜水泵过流部件水力设计,并进行了全流道流动数值模拟和试验验证;采用熵产分析法定位了潜水泵内流场的高能耗区域,主要集中在级间交汇和动静部件干涉处;采用正交设计和结构参数敏感性分析方法,确定了结构参数对潜水泵性能的影响规律,以叶轮叶片出口角、出口宽度、叶片包角和导叶轴向长度为优化变量,以扬程和效率为优化目标,通过遗传算法、最优拉丁超立方采样和熵权TOPSIS法对两级潜水泵进行水力优化。结果表明,额定工况下,优化泵的扬程增加了24.9%,效率增加了5.7%,总水力损失减小了1024.9 W,高能耗区域明显降低,水力性能显著提升,分离流、二次回流和冲击流动等不良流动得到显著抑制;大流量工况处理能力大幅度提升,高效区间范围扩大了70%,运行稳定性得到显著提高。研究内容为潜水泵的设计及内流场研究提供理论指导。

隔舌安放角对泵作透平正反模式下水力性能的影响

隔舌结构参数对泵和透平的性能有着显著影响。为了研究隔舌安放角变化对泵作透平正反模式下水力性能的影响规律,本文对4种隔舌安放角的低比转速离心泵正反模式运行的内流场进行了数值模拟,并通过实验验证了模拟结果的可靠性。结合熵产诊断以及损失功率计算,分析了不同泵模型在正反模式下扬程(泵模式)、必需水头(透平模式)、效率以及内流损失的变化情况。结果表明,适当增加安放角可以使泵扬程增加,透平必需水头减小,两种模式的效率提高,效率-流量曲线右移,最佳效率点对应的流量值增大。但角度增加超出一定范围后,泵效率降低。两种模式的水力损失都集中在蜗壳区域,与转轮内水力损失相比,其受隔舌安放角角度变化影响更为显著。当隔舌安放角角度增加时,泵效率增大的主要原因在于蜗壳出口区域水力损失的减小。对于透平模式,尽管转轮内分离涡结构在较大隔舌安放角情况下受到抑制,但其变化对效率影响较小,透平效率提升的主要原因是隔舌与转轮间隙以及蜗壳壁面附近的水力损失降低。