基于FLUENT的离心泵内流特性数值模拟研究

离心泵作为高速旋转机械,其内部复杂的流动形态越来越受关注。该文依据某工程数据,基于FLUENT软件建立离心泵三维流体域数值仿真模型,分别对离心泵在0.2Q d(Q d为该离心泵设计流量)、0.4Q d、0.6Q d、0.8Q d、1.0Q d、1.2Q d 6个不同流量工况下的内部流动特性进行模拟计算,并将计算所得流量-扬程和流量-效率曲线与真机试验结果进行对比,计算结果与试验结果最大误差为4.71%,从而证实了数值仿真结果的可靠性。通过对压力和速度分布分析可知:离心泵内部静压和流速随流量增加而降低,叶片前缘存在负压区,易引发汽蚀、振动、噪声等不良结果。相较小流量工况,设计工况下泵内速度分布更加均匀。对泵内流态进行多角度分析,对离心泵的结构优化设计有一定的借鉴意义,可为类似工程提供参考。

井下充填料管道泵送阻力与输送参数优化研究

为确定高峰矿高浓度尾砂块石充填料浆泵送的输送性能指标,应用两相流颗粒流动力学理论,开展了86%、84%、83%、81%和79%5种不同浓度全尾砂料浆的泵送仿真模拟。结果表明:在稳态管道流场内,适当降低浓度有助于输送流动性,但浓度较低时,效果逐渐不明显;料浆浓度为83%~84%的方案符合输送需求;废尾比方面,在满足强度的情况下,建议采用6∶4或7∶3,继续提升参数可能会出现冲蚀激增及淤堵的情况。研究成果为井下泵送充填管网设计提供了理论依据。

离心式污水泵内固液两相流动特性数值研究

为了探究颗粒直径和颗粒浓度对离心式污水泵内三维流场的影响规律,基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型,以离心式污水泵为研究对象,利用ANSYS CFX软件对泵内三维流动进行数值模拟,分析和总结了污水泵内压力、流线、固相体积分数和叶片表面压力载荷分布规律。研究结果表明:颗粒浓度和直径对泵内压力分布的影响主要在叶轮进口处,并且颗粒直径的影响较小一些。另外,颗粒浓度对于泵内流态分布的影响较为复杂,叶轮流道内旋涡沿着流道呈条状分布,随着颗粒浓度的逐渐增加,旋涡逐渐消失。随着颗粒浓度的增加,叶片压力面和吸力面的压力均逐渐降低,但是叶片载荷基本保持不变。研究结果为离心式污水泵的结构优化和性能改善提供了参考。

离心泵小流量工况下的内部流动特性

为研究离心泵在小流量工况运行下性能及其内部流动特性,以型号为IS160-50-65的离心泵为研究对象,采用商用化软件Ansys CFX 12.0对模型离心泵的叶轮进口、叶轮流道以及蜗壳流道组成的全流场进行定常数值计算.同时,为了提高数值计算的准确性,考虑采用3种不同的网格数对模型离心泵的扬程进行网格无关性分析.且从离心泵的外特性及其内部流场分析了不同小流量工况下离心泵性能的变化规律.研究结果表明:与试验结果相比,设计工况下,扬程预测偏差为1.47%,效率预测偏差为3.61%;且随着流量降低,计算扬程的偏差值呈一定的下降趋势,计算效率的偏差值逐渐增大.另外,在设计工况下,离心泵的内部流动比较均匀;而在小流量工况下,离心泵进口管道及叶轮流道均出现回流现象,而回流引起的旋涡流有时甚至会堵塞叶轮流道;在极小流量Q/Qd=0.2时,回流区域已延伸至全部的进水管路中.

分流叶片对离心泵内部非定常流动特性的影响

采用Ansys-CFX软件对5个具有不同分流叶片进口直径、不同分流叶片周向偏置度的叶轮方案进行全流场非定常数值模拟,分析了有、无分流叶片以及不同分流叶片设计对叶轮进口、蜗壳出口及叶轮-蜗壳交界面处压力脉动特性的影响规律.结果表明:分流叶片有利于降低叶轮进口压力且提高蜗壳出口压力,从而提高泵的扬程,带分流叶片设计方案的扬程比没有分流叶片设计方案提高2%～12%,但不同分流叶片设计方案的扬程绝对值差异不大;分流叶片有利于减小叶轮进、出口处的压力脉动;有利于减小叶轮-蜗壳交界面处的压力脉动,从而改善叶轮出口的'射流-尾流'结构;不同分流叶片设计对扬程的影响趋势接近,但对非定常流动特性的影响不同,当分流叶片进口直径为106 mm且向长叶片背面偏置5°时,扬程最高,压力脉动最小;带偏置分流叶片设计方案的扬程略高于带不偏置分流叶片设计方案.

离心泵进口回流流场特性的数值模拟及试验

基于有限体积方法,采用标准k-ε湍流模型,应用ANSYS CFX软件对不同工况下低比转速离心泵进口处的三维湍流流场进行了数值模拟.通过在进口流场中设置大量监测点,采集速度变化数据,对回流发生和发展过程中进口处的回流旋涡形态和流场速度分布进行了分析.提出了采用有机玻璃进水管,利用注入的空气气泡作为示踪粒子的可视化试验方案.使用高速摄影仪拍摄气泡的运动轨迹,从而分析不同工况下进水管流场的速度分布.结果表明:模型泵回流发生的关键流量点为0.7Qd;回流发生后,随流量的减小,回流强度增大,回流旋涡的体积变大,旋涡中心向进水管内移动,堵塞部分流道;进口回流会同时在叶轮和进水管内造成与主流方向相反的轴向速度和预旋,随回流强度的增大,轴面回流速度、进水管内的预旋强度增大,预旋在进水管中的影响距离最远到达距叶轮进口10倍叶轮进口直径处;当离心泵关阀运行时,在进水管内将形成柱状涡带.

离心泵气液混输瞬态过渡过程水力特性研究

为研究离心泵进口管路因漏气而出现气液混输瞬态过渡过程的水力特性,采用Pro/E软件完成离心泵内部流道三维造型,利用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε两方程及SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件CFX对离心泵叶轮流道内的气液混输过渡过程的汽液两相湍流进行值模拟计算,并与试验结果进行对比.结果表明:离心泵发生含气量连续增大的气液混输过渡过程时,在离心力和惯性力共同作用下,叶轮进口的气泡相偏向叶片压力面的运动;叶轮流道内的气泡相的气体体积分数Cvol从零逐渐增加到一定值后急剧增加到最大值,缓慢下降到一定值保持不变;叶轮内部和出口处压力变化规律是先逐渐下降一定值后开始出现大幅度压力波动,而速度变化规律是逐渐变大到一定值后开始剧烈震荡.

采用熵产理论的离心泵断电过渡过程特性

该文对商业软件ANSYS CFX进行二次开发,通过自定义函数求解角动量方程获取实时转速,建立了模拟离心泵事故断电过渡过程的三维瞬态数值计算方法,获得了离心泵外特性参数瞬变规律以及内部流场的动态特性。进一步采用熵产理论获得了离心泵事故断电停机飞逸过程中过流部件流场能量损失分布情况,并对流场内随时间变化的能量损失进行定量评估。结果表明:在整个事故断电飞逸过程中,熵产与离心泵外特性之间存在着明显的相关性,能量损失的产生与流场内部的流动分离、回流、漩涡等不良流动现象相关;叶轮、导叶与引水管的主要损失均是由湍流耗散引起的,其壁面熵产占总熵产的10%~15%左右,不可以忽略,而蜗壳区的损失则主要是由近壁面处的强壁面效应引起的;通过分析各部件流场局部熵产率分布随时间的变化情况,可以得出在制动工况中内流场的高损失区域最大。

渣浆泵三维湍流数值模拟及磨损特性研究

应用固液两相湍流模型和SIMPLEC算法对渣浆泵全流道的两相流动进行三维数值模拟,计算了泵过流壁面的固相粒子相对速度、固相粒子体积分数以及剪应力。结果表明:叶片正面、后盖板处的固相粒子体积分数和相对速度随着固相粒径的增大而增大;随着粒径增大,压水室壁面的固相粒子体积分数随之增大,而相对速度却随之减小;叶片参数及浆体物性对泵的磨损特性影响明显。

离心泵内流场空化特性的数值模拟研究

针对离心泵内流场特性分析困难的问题,对离心泵流场数值模拟的几何模型建立、模型网格划分和边界条件设定进行了研究,采用计算流体力学方法,获取了在敞水性能条件下离心泵的扬程-流量、效率-流量的变化关系;结合Zwart空化模型,重点对不同有效汽蚀余量时离心泵的空化流场进行了数值模拟,得到了离心泵的内部流线和空泡分布的情况,并与该离心泵机组进行了性能测试实验,最后在此基础之上进行了对比分析。研究结果表明,所采用的数值模拟方法和空化模型合理有效,此结果可为进一步开展离心泵空化监测技术研究提供借鉴。

渣浆泵三维湍流数值模拟及性能预测研究

为预测渣浆泵性能及优化泵的设计,采用RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对不同作业条件下渣浆泵全流道内的固液两相流进行三维数值模拟,计算了泵的扬程、效率和必需的汽蚀余量,分析了压水室型式、叶轮几何参数和浆体物性对泵性能的影响。结果表明:叶片数及出口角大小对泵扬程的影响明显;泵的扬程和效率随着固相粒子体积分数和固相粒径的增大而减小;泵的必需汽蚀余量受固相粒径影响很小,但随着固相粒子体积分数的增大而增大。

冰浆在离心泵内的流动特性模拟

基于欧拉法建立了冰浆流动的均相混合物模型,对冰浆在离心泵内的流动特性进行了数值模拟研究,获得了离心泵内冰浆的流场分布,探讨了流量、冰晶体积分数及冰晶颗粒大小对离心泵内颗粒分布的影响。研究表明:冰浆流体在泵内的高速区域主要集中在叶轮的旋转区域,且叶轮工作面的压力较大,冰晶颗粒的粒径较小时,颗粒主要分布在靠近蜗壳内侧的叶轮流道内;反之,则在叶轮工作面聚集。

双叶片螺旋离心泵固液两相流特性研究

为研究双叶片螺旋离心泵叶轮内固液流动特性,采用Eulerian多相流模型,扩展的标准k-ε湍流方程以及SIMPLE算法,应用流体动力学软件对双叶片螺旋离心泵叶轮内固液两相湍流进行了数值模拟。分析了多粒径及初始固相体积浓度条件下的固相体积浓度分布规律。通过分析可得到固体颗粒存在由叶片压力面向吸力面迁移的趋势,同时有从轮毂侧向轮缘侧运动的趋势;通过外特性分析得到了相同粒径下水泵扬程随固相浓度的升高而减小,相同固相浓度下水泵扬程随粒径的增大而减小的变化趋势。

离心泵输送不同粘度流体的数值分析

基于FLUENT数值模拟软件,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法,对3种不同粘度流体在5种不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果分析得出离心泵内部三维流场随流体介质粘度的变化而变化的规律.同时,将3种情况下的预测扬程和效率进行对比分析,得出不同粘度流体对离心泵外特性的影响情况.相同流量下,随粘度增大,扬程降低.在设计工况点附近,效率随粘度变化相差不大,但在远离设计工况点时,随粘度变化的效率差别比较大.由模拟结果可知:采用不同粘度的介质时,离心泵内部压力和速度分布与采用清水介质得到的规律是基本一致的.

浆体流量对矿浆泵空化特性的影响

为分析浆体流量对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,建立了两级矿浆泵三维流场模型.基于欧拉多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RNGk-ε湍流模型,利用计算流体力学理论和Fluent软件对矿浆泵进行数值计算.设置矿石颗粒直径d为20mm,浆体中颗粒体积分数CV为8%,矿浆泵转速n为1450r/min,在该工况下研究矿浆泵输送不同浆体流量时泵的空化特性,比较不同空化特性下矿浆泵内压力分布、气相分布及工作性能的不同,并进行试验对比验证,为矿浆泵空化特性提供理论依据.研究结果表明:深海采矿矿浆泵首级叶轮前端呈现明显的低压区,且该低压区域的面积随着流量的增大而减小;气相体积分数分布区域与低压区呈现类似的规律;空化发生区域出现了速度旋涡现象,增大了流场的不稳定性;随着流量的增加,空化余量增大,空化现象不明显,对矿浆泵扬程的影响也越小.

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。

基于FLUENT数值模拟的离心泵内冰浆两相流流动特性分析

针对冰浆两相流在离心泵的流动特性问题,基于欧拉法建立冰浆Mixture两相流模型,通过FLUENT软件对冰浆流动特性进行数值模拟,得到了在不同流量工况下的离心泵内部压力场、速度场以及冰晶颗粒分布特性。多次数值计算,获得离心泵在输送含冰率为10%的冰浆时的性能特性曲线,并与该离心泵在输送清水时的性能曲线进行了对比分析。研究结果表明:在非设计流量工况下,叶轮末端和蜗壳之间存在较大的压力梯度,说明冲击损失大,效率较设计工况低。在小流量工况下,流动较紊乱,容易发生汽蚀。在设计流量工况下,冰晶颗粒浓度较小;在非设计工况下,冰晶颗粒浓度较大,会影响到离心泵的性能和使用寿命。

离心式消防泵内流特性

为了研究离心式消防泵外特性、内流特性及空化特性,基于RNG k-ε湍流模型对某一比转数为24.7的离心式消防泵不同工况下的内部非定常流动进行数值模拟.结果表明:在关死点工况下,离心式消防泵叶轮内部产生大量的失速旋涡,尤其在叶轮出口位置出现面积较大且极高湍动能的涡核分布,严重影响流道的通流能力,且造成较大的能量损失;随着流量增大,流道内的旋涡逐渐消失,流场趋于稳定,涡核分布基本保持稳定且对称;随着流量持续增大,离心式消防泵轴向力逐渐增大,在极小流量和极大流量工况下的轴向力波动相对较强;随着流量增大,径向力逐渐降低,且不同工况下径向力的矢量分布均呈现六齿形分布;随着流量的增大,离心式消防泵扬程特性曲线受空化的影响更加明显,随扬程曲线开始下降时的NPSHR也逐渐增大,但下降速度相对较慢.

大型双吸式离心泵内流场空化特性数值模拟分析

为探究大型双吸式离心泵的内流场空化特性,使用CFD技术的数值计算方法,在设计工况下,选用标准κ-ε湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的输运空化模型,对某大型双吸式离心泵内流场空化特性进行数值模拟,经后处理得到离心泵在不同有效汽蚀余量时内部流动的压力分布、空泡体积分数分布情况,并结合试验结果进行对比分析。结果表明,利用CFD进行三维湍流数值模拟可有效反映出双吸式离心泵内流场的空化特性,数值模拟结果与试验结果较一致,为通过CFD数值模拟方法研究大型双吸式离心泵空化特性提供了参考。

输送不同物性介质微型离心泵性能研究

为了揭示微型离心泵输送不同物性介质时的内部流动规律,采用SST k-ω湍流模型分别对输送水和甘油时的微型离心泵性能进行数值模拟,并通过试验对模拟结果进行了验证。研究结果表明,不论微型离心泵输送何种介质,蜗壳第Ⅷ截面突然增大对其内部流动均有一定影响;经叶轮流出的流体不易因蜗壳的作用变成周向运动,从而产生回流和流动分离现象,蜗舌附近的流动更加复杂,进而对蜗壳内压力和速度产生影响;输送水时蜗壳扩散段的回流和流动分离现象比输送甘油时更明显;输送水时微型离心泵外特性试验值和数值模拟值误差在10%以内,试验和模拟所得流体运动迹线基本一致。