叶片泵内气液两相流的三维流动数值模型

基于双流体模型建立针对叶片泵内气液两相三维湍流流动的数学模型和数值计算方法.相间作用力考虑了阻力和附加质量力,湍流模型考虑了因相含量脉动引起的附加源项,在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法.运用所建模型计算了叶片式气液混输泵在进口含气率分别为5%,15%,25%的系列工况下叶轮的内部两相流场,并作了扬程特性预测.与实验结果的对比表明,所提出的流动模型是可靠的,并具有较宽的进口含气率适用范围.

气液混输下侧流道泵内压力脉动特性研究

侧流道泵是一种新型超低比转速泵,因其具有小流量、高扬程、可自吸和气液混输等优点,近年来广泛应用于化工、汽车、医药工业和油气开采等领域。由于侧流道泵内部流动复杂、湍流强度极大,势必会产生较强的压力脉动,造成侧流道泵性能降低和运行不稳定,这种影响在气液混输时更为严重。基于MUSIG模型,对不同含气率下侧流道泵内部流动进行数值计算,并对气液混输工况下侧流道泵压力脉动特性进行研究分析。结果表明:MUSIG模型可适用于侧流道泵气液混输数值计算;少量通气有助于改善侧流道泵内绝大部分区域流态,但会导致轴向间隙处出现严重的压力脉动,这也是侧流道泵气液混输时运行不稳定的主要因素;低进口含气率(IGVF)下,压力脉动主频与含气量无关,始终等于轴频的整数倍;叶轮内压力脉动幅值始终大于侧流道的压力脉动幅值。该研究为气液混输工况下侧流道泵的优化设计提供基础依据,具有重要的工程应用价值。

3级离心混输泵在气液两相流条件下流动特性分析

以深海3级离心式混输泵为几何计算模型,水和空气为研究介质,在进口含气率在0~20%条件下对泵进行三维全流道数值模拟,采用Eulerian-Eulerian非均匀流模型作为湍流计算模型,其中气相采用零方程模型。该次计算对3级泵外特性和内部气体分布、压力分布等内部流场特性。结果显示:随着含气率的增加扬程和效率均呈现下降趋势,且扬程和效率均随着进口气体含量下降速度加快。但是在含气率从0到1%时存在含气率增加,扬程和效率增加的现象。且气体在转轮内部的分布从进口压力面向出口出口吸力面发展,且随着进口含气率的增大,气液出现分离现象,且在转轮流道中出现断塞流现象。转轮各叶片的吸力面和压力面的压力分布在气液分离处出现负压现象。湍流强度的变化受到含气率的大小影响不同。

叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响

叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生,进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础,定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现:叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内,且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用;当叶顶间隙较小时,流量对叶轮做功性能都有明显的影响,而随着叶顶间隙的增加,流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小;当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时,随着进口含气率的增加,叶片吸力面压力载荷逐渐减小,而压力面的压力载荷略有增加,而当叶顶间隙为1.0 mm时,叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。

轮毂比对多相混输泵内流特性的影响

为了探究轮毂比对多相混输泵内流特性的影响,选取一单级压缩级在不同轮毂比下利用ANSYS CFX软件对多相混输泵的内流特性进行数值计算.结果表明:随着轮毂比增大,动叶轮出口从轮毂到轮缘的压力梯度变小,动叶轮轮毂处气体聚集程度变小,流速变快、流动现象变好;在纯水工况下,随着轮毂比增加静叶轮内旋涡和回流现象减弱,位于静叶轮出口轮缘处的最大湍动能区域变小;在进口含气率IGVF=19%时,随着轮毂比的增加,静叶轮进口轮毂处的旋涡消失,静叶轮出口处的旋涡越来越集中,位于静叶轮出口轮缘处的最大湍动能区域逐渐变大.本研究结论对多相混输泵结构的优化设计有重要的参考意义.

偏工况下气液两相离心泵喘振特性

当离心泵在小流量工况运行且传输介质为气液两相流时,含气率达到某一值时,会发生喘振现象,导致泵的扬程突降。本文采用计算流体动力学分析方法对一气液两相流离心泵进行了研究,通过对外特性曲线进行分析,发现了学者们所提到的喘振现象。为了提高离心泵在气液两相小流量工况下的水力特性,引入一种空腔结构,分析其对气液两相离心泵内部流场的影响及喘振的改善作用。结果表明:在气液两相喘振工况下,空腔结构可以改善叶片正背面的压力分布,均匀气液两相在叶轮流道中的分布,有效减轻离心泵的气堵现象。因此,空腔结构不仅在结构上可以平衡叶轮、减轻泵的整体质量,还可以减轻流场中气液分离现象,避免喘振的发生,提高泵的水力性能。

叶片式气液混输泵全流道内流场特性分析

有关叶片式气液混输泵全流道内流场特性的研究还不充分,因此选取空气-水作为输运介质,基于ANSYS_CFX对一叶片式气液混输泵进行全流道数值模拟。计算域采用ICEM_CFD和TurboGrid进行了结构化网格划分。通过数值计算获取的外特性数据与试验数据进行对比,数值计算方法的可靠性得到了验证。计算结果显示,不同进口含气率下叶轮流道内的气体主要聚集在叶轮出口轮毂处的吸力面附近且随着进口含气率的增加,气体在该处的聚集程度增强,分布的不均匀度增加。9%、15%和21%进口含气率下叶轮内流体的最大湍动能分别是3%进口含气率下的1.07倍、1.53倍和1.83倍。不同进口含气率下导叶内的气体均在轮毂处聚集,且沿着流动方向,轮毂处的气体逐渐向主流区扩散。9%进口含气率下,叶轮内气体的聚集程度随着流量的增加逐渐减小,而导叶内的气体在设计流量(Qd)时聚集程度最大,大流量(1.25Qd)次之,小流量(0.75Qd)最小。以上研究结果更深入地揭示了叶片式气液混输泵的内流场特性,可以为该类泵的优化设计提供参考,提高其输运效率。

流动参数对混输泵全流道内气液相间作用特性的影响

为了解流动参数对混输泵内气液相间作用特性的影响,针对不同进口含气率(3%、9%、15%)、不同流量(0.75Qd、Qd、1.25Qd)和不同进口气泡直径(0.1 mm、0.4 mm、0.7 mm、1.0 mm)条件,利用ANSYS CFX对一叶片式气液混输泵进行了全流道数值模拟。计算结果表明:不同进口含气率下,泵内气液相间作用力中均是阻力起主导作用,湍流弥散力大小可忽略;随进口含气率增加,各相间作用力逐渐增大,且叶轮内相间作用力的增大幅度大于导叶。当Q=0.75Qd时,叶轮进口处阻力、附加质量力、升力以及叶轮内阻力均出现了明显增大。同时,进口气泡直径增加,叶轮内阻力、附加质量力和升力均增大,而导叶内相间作用力的变化相对较小。