Effect of guide vane outlet angle on pump performance and impeller radial force in an axial-flow heart pump

To study the effect of guide vane outlet angle on pump performance and impeller radial force in an axial-flow heart pump, guide vane outlet angle/34 is considered to be 20°, 15°, 10°, 5° and 3° respectively. Based on ANSYS Fluent, numerical results of pump head and efficiency are validated by exper/ment results, in which Xanthan gum solutions are used with concentration of 0.06 wt. % as working fluid. Then, the effects of/34 on pump performance and impeller radial force are discussed, the errors of head and efficiency between test and simulation are within 5%. The results a/so indicate that the pump performance and efficiency are much better than those of other angles when guide vane outlet angle/34 is 10°, and the maximum variations in head and efficiency are 1.9% and 2.2%, respectively. With/34 increasing, the pulsation of radial force decreases firstly and then increases, when/34 is 10°, the minimum pulsation is 0. 0392N, which is about 80% of the maximum pulsation amplitude.

叶轮与导叶宽度匹配参数对LNG泵压力脉动特性的影响研究

应用CFD技术研究了叶轮和导叶宽度匹配设计对LNG潜液泵压力脉动特性影响,进行了宽度匹配设计,采用K-epsilon湍流模型进行了多工况数值模拟,引入无量纲参数R(导叶进口宽度/叶轮出口宽度)进行结果分析,分析验证了泵的外特性,得到了LNG泵的时、频域压力脉动特性等。结果表明:压力脉动主频为叶轮的叶频,次频为其倍频。时域峰值与监测点处的相对位置有关,相对于交界面越近,时域峰值越大。压力脉动幅值随R增加先减小后增大,存在最佳宽度匹配方案使得泵压力脉动峰值降低。

用于催化裂化装置强制循环泵的三元导叶设计方法及性能分析研究

强制循环泵是催化裂化装置烟气热量回收系统中重要的水循环动力设备,蜗壳为半球形结构带导叶的LUV型泵是一种广泛应用的强制循环泵,其导叶结构对泵的性能有着至关重要的影响。本文针对强制循环泵二元导叶在不同叶高处的进口叶片安装角与水流角不匹配的问题,发展了采用后盖板和前盖板的叶片中弧线角度分布和叶片厚度分布来构建叶型的三元导叶叶片结构设计方法,并数值研究了导叶后盖板和前盖板处进出口叶片安装角对泵额定工况效率和内部流动特性的影响。结果表明:随着前后盖板叶片进出口安装角中一个变量的增大,额定流量点效率均先增大后减小;设计的三元导叶方案比二元导叶方案在额定工况下的效率提高了0.9%;后盖板附近的叶片安装角与水流角的匹配性对泵的效率起到了更加重要的作用;三元导叶方案在后盖板附近0.1叶高截面上进口水流角与叶片安装角的匹配关系得到改善,此截面上的旋涡区减少,导叶内的能量耗散减小。

导叶叶型耦合进口角设计对混流风机气动性能的影响研究

为探索无叶风扇用混流风机后置导叶对风机流量和效率的影响,本文首先基于气流经混流式叶轮后的流动轨迹特性,设计了螺旋型导叶叶片。然后采用CFD数值模拟方法研究了不同导叶叶片包角及不同叶片轮毂与轮缘的进口角条件下的混流风机气动特性性能。与直型导叶叶片相比,新设计的螺旋型导叶叶片改善导叶进口处的流场分布,有效消除了导叶内部和出口处的涡流,降低了静压分布的梯度,这表明螺旋型导叶叶片在不同叶片包角下均能提高风机的流量。随着包角的增加,流量呈现出先增加后减小的趋势,在70°包角时,风机流量提升最为显著。较小的轮缘进口角度有利于增加风机流量,较小的轮毂进口角度则有利于减少流动分离。与直型导叶叶片相比,本文最优设计方案使混流风机的流量增加了0.108Qm^(3)/h,静压效率提高了2.74%。

前缘开槽对可调导叶气动性能的影响

为减少大攻角时可调导叶产生的流动损失,本文基于平面叶栅试验和数值模拟方法,在前缘设置不同槽道结构,将叶片压力面的流体引导至吸力面,吹走低能流体,降低总压损失。研究结果表明:设置槽道引导气流产生射流动量至吸力面侧分离区域能够一定程度上降低不同开度下导叶的出口总压损失。在进口速度为45 m/s、攻角为25°时,射流能够有效削弱吸力面的分离涡,可降低65%的出口总压损失和2.4°气流落后角,当来流速度达到98 m/s时出口总压损失最大可降低70%。对比不同的槽道形式的射流动量、角度对流场的影响,发现合理的槽道形式可以降低大攻角时的损失基础上,控制小攻角时射流对流场的负面影响。

可变弯度导叶调节机构柔性多体仿真

为考察可变弯度导叶(VIGV)调节机构在运动过程中各零件的变形以及变形对调节精度、各叶片调节角度一致性的影响,利用有限元软件ABAQUS建立VIGV调节机构的柔性和刚性多体动力学3维模型。研究了柔性与刚体模型调节机构运动差异,并分析了变形量对叶片角度调节的影响。在此基础上,对联动环径向限位、驱动力加载速率以及运动副摩擦阻力对机构调节精度等影响进行分析。结果表明:在调节角度较小时,柔性模型与刚体模型分析结果基本相当,随着调节角度的增大,各零件的变形对调节角度的影响逐渐增大,当L形杆转动0.5 rad时,二者可调叶片调节角度相差约0.9。;在运动过程中,运动副摩擦阻力的增大将增大机构运动所需的驱动力,驱动力加载速率对叶片角度调节的影响在一定范围内可以忽略;联动环径向限位的取消或分布的不均匀均将引起叶片调节角度不同程度的差异,无联动环径向限位下,各摇臂之间的调节角度存在最大相差约0.3°的差异。

进口导叶与叶片扩压器匹配的实验研究

对扩压器进口不同安装角和进口导叶不同预旋角匹配下离心压缩机的性能进行了实验研究.研究表明:扩压器进口安装角最小值为7°时,压缩机性能对进口导叶预旋角不敏感;采用不同的扩压器进口安装角和不同进口导叶预旋角匹配调节时,压缩机所能达到的最高效率为86.0%,比单独调节进口导叶预旋角或扩压器进口安装角所能达到的效率高2%.效率提高的潜能可通过自由选择匹配的方式来加以实现.

导叶参数对混流泵水阻系数及效率的影响

以某混流泵为研究对象,基于Fluent软件,建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S方程,并采用RNG k-ε湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLEC算法对该混流泵内部三维流动进行数值模拟,在分析网格无关性的基础上,研究叶轮叶片和导叶叶片的静压及绝对速度分布规律,并对在不同的导叶数和不同导叶进口安放角下分别模拟了其在静态时的水阻系数和动态时的性能参数,发现在其他参数不变只改变导叶数时,导叶数为3时该混流泵水阻系数最低,导叶数为9时扬程和效率最高;在设计工况下其他参数保持不变只改变导叶进口安放角,冲角为0°时该混流泵的水阻系数最低,扬程和效率最高,但总体变化不明显.结果表明:在特殊应用环境下、为保证设计所要求效率的情况下,导叶数应尽量少;在设计混流泵的空间导叶时,导叶进口安放角在5°左右的范围内改变,混流泵的性能无明显变化.

导叶角度对轴流式气液旋流器分离性能的影响

对于低含液浓度的气液两相流,轴流式气液旋流器具有良好的分离性能。导向叶片的几何尺寸是影响轴流式气液旋流器分离性能的重要因素,对导叶出口角度分别为15、20、25和30°的轴流式气液旋流器的试验研究显示,在稀相时,导叶角度25°的旋流器分离效率最高,导叶角度15°的旋流器分离效率最低,而导叶角度20和30°的旋流器的分离效率介于二者之间。流量一定时,轴流式旋流器的压力降随着导叶角度的增大而降低。研究还发现旋流器分离的临界速度受气体含液浓度影响不大,主要受旋流器结构尺寸的影响,对于一定的导叶角度,分离器的压力降随着流速的增加呈抛物线上升,与局部压降公式吻合。

导叶出口安放角对双向轴流泵性能的影响

导叶出口安放角是影响导叶能量回收能力的关键因素之一,为研究其对双向轴流泵性能的影响,采用流线法设计了11个不同出口安放角的导叶模型,通过数值方法分析各模型内流场特性和外特性。结果表明:设计工况下,出口安放角为70°时,模型效率最高,随着该角度增大,导叶出口后轴截面上的低压区扩大,同时在导叶吸力面中部靠近进口位置出现了较大的低压区,产生脱流及二次回流损失,模型效率下降。说明在设计导叶时,选取较小的出口安放角,且不同截面的翼型骨线采用直线与圆弧的直弯组合形式可以有效改善双向轴流泵在设计工况下的性能。

导叶预旋角对叶轮/扩压器相干的影响

在不同进口导叶预旋角度下,采用非定常的方法对进口导叶/叶轮/扩压器3部件之间非定常相干进行了数值模拟,并与实验结果作比较。研究了进口导叶预旋角度对叶轮及扩压器内部流动及非定常性的影响,同时探讨了3部件之间动静相干的机理。结果表明,计算结果同实验结果吻合很好。在同等流量下,进口导叶的尾流和大尺寸涡团的非定常作用使得叶轮和扩压器上的非定常性减小,其变化弧度仅在原来的1/4左右。进口导叶为负预旋时,由进口导叶尾流所带来的非定常影响比进口导叶正预旋角度下小的多,但叶轮尾流及扩压器的势反冲效应所引起的非定常效应却较正预旋角度下有所增大。

导流器叶片进口安放角对潜水泵性能的影响

导流器叶片进口安放角是影响潜水泵性能的重要几何参数,在导流器特性曲线理论分析的基础上,运用计算流体动力学理论对同一叶轮与不同进口安放角导流器组合后的潜水泵三维模型进行数值模拟,得到其性能曲线,并就安放角变化对潜水泵性能的影响规律进行分析,同时在水泵试验台上进行实测验证。结果表明：随着导叶片进口安放角的增大,潜水泵最佳工况点向大流量方向偏移。当导叶片进口安放角位于27~30时,潜水泵工作效率为75%~81%,处于较高值,相应工作流量为95~125m3/h,模拟值与实测值吻合较好。通过改变导流器叶片进口安放角,在一定工况范围内,潜水泵同样可以保持较高的效率,为增加其规格并扩大使用范围寻找出了一种新的途径。

导叶预旋对扩压器进口非定常流动的影响

使用X热线热膜技术,在设计流量下研究了3个不同进口导叶(inlet guide vanes,IGV)预旋角对叶片扩压器进口流场的影响。分析表明:集平均速度在不同预旋角下变化明显,且其在不同叶高处的变化规律不同。10%叶高处,3个预旋角下集平均绝对气流角均为负冲角;50%叶高处,?20°预旋角和0°预旋角下气流角为负冲角,但20°预旋角下在主叶片尾迹区附近出现正冲角;90%叶高处,集平均绝对气流角几乎均为负值。3个预旋角下,时间平均气流角在10%、50%和90%叶高处分别改变1.4°、2.2°和1.3°,表明预旋角对扩压器进口气流角影响较大,且对中间叶高处气流角的影响明显大于轮盘和轮盖侧;不同叶高处时间平均脉动角变化不超过0.6°,表明预旋角对脉动角影响相对较小。气流角沿叶高变化较大,推荐扩压器叶片进口缘沿轴向适当扭曲。

低扬程泵装置的研究进展及展望

介绍了低扬程泵装置的结构分类和特点,分别从转轮、导叶、进出水流道及泵装置4个方面对目前研究取得的标志性成果、进展及理论方法进行了分析归纳,从4个方面指出了低扬程泵装置中尚需深入研究的一些问题,并探讨了研究途径和研究方向。

导叶叶片出口角对核主泵性能的影响

以核反应堆冷却剂泵为研究对象,探讨导叶叶片出口角对核主泵性能的影响。首先选取三个核主泵,在只改变导叶叶片出口角的情况下,构建新的导叶和核主泵,通过数值模拟预测核主泵性能,并分析导叶叶片出口角变化前后核主泵性能参数及内部流场的分布情况。结果显示:对于所选取的三个核主泵,当导叶叶片出口角减小后,核主泵的效率最低提高0.66%,扬程最低上升0.15m。其次,采用方格网保角变换法设计导叶叶片骨线时,相对于骨线的形状,叶片出口角对核主泵性能的影响更大;但是在方格网中,当叶片骨线为直线时,导叶内部的压力和速度比叶片骨线为曲线时变化更加均匀。另外,导叶可以将流体动能转化为压力能,同时又起着导流作用将从叶轮流出的液体导入蜗壳,但是导叶提供给蜗壳的流体的参数对核主泵性能参数的影响更大,为导叶的后续研究提供了参考依据。

基于正交试验的潜水泵结构参数优化

合理的结构参数优化设计是保证潜水泵高扬程和高效率运行的关键。基于Fluent数值仿真数据样本,采用极差和方差分析的方法探究了不同导流条安放角(J)、进口宽度(K)、轴向长度(L)、叶片数(N)对水泵扬程(H_(Y))、效率(E_(Y))和能耗(E_(N))的影响,并基于熵值法明确了潜水泵最优结构参数组合。结果表明:J及N增加对H_(Y)、J及K增加对E_(Y)影响表现为先促后抑,而J和K增加对E_(N)影响表现为先抑后促;K增加对H_(Y)、叶片数增加对E_(Y)及E_(N)影响均表现为锯齿状波动;L与H_(Y)和E_(Y)呈正相关,与E_(N)呈负相关;J对H_(Y)、E_(Y)和E_(N)均存在极显著(p<0.01)影响,L对H_(Y)和E_(Y)存在显著(p<0.05)影响;各因素对E_(N)和H_(Y)影响大小均表现为:J>L>N>K。

离心压缩机动静干涉信号特征识别方法

离心式压缩机由于内部静、动叶片排的相对运动,气流在压缩机内部流动时会产生动静干涉,从而会产生不定常气流激振力和高振幅压力脉动。这种非定常动静干涉对压缩机的稳定正常运行和实际工作效率有着重要的影响。为了有效研究动静干涉的信号特征,首先,对某模型级压缩机试验台离心叶轮进行运行模态仿真计算从而得到叶轮干涉图;其次,确定进口导叶(inlet guide vanes,简称IGV)和出口扩压器(outlet guide vanes,简称OGV)对叶轮存在干涉的转速;最后,在确定的试验转速工况下进行应变测试和压力脉动测试。通过分析对比,验证了仿真转速工况下干涉特征频率的存在,也证实了应变信号更适用于识别干涉信号特征。通过总结干涉较严重的转速工况干涉特征频率与叶轮固有频率的关系,为离心压缩机进一步改进设计奠定了基础。

回流器出口角对离心风机叶轮性能的影响研究

基于离心风机叶轮的设计理论,根据叶轮叶片进口角、叶片进口气流角与回流器叶片出口角三者之间的关系,对比分析了不同参数的回流器叶片出口角对叶轮结构设计及叶轮性能的影响。结果发现,在相同工况下,当回流器叶片出口角为90°时,叶轮叶片最佳进口角最大,叶轮全压与功率也最大,当回流器叶片出口角小于90°时,叶轮全压及功率下降,但叶轮叶片最佳进口角增大。对于初始气流角过小的叶轮,回流器叶片出口角的减小,有助于使叶轮流道分布更加合理,从而获得更好的流场。本文对多级离心通风机的系列化设计具有参考价值。

叶轮与导叶匹配关系对立式离心泵水力特性影响的实验研究

大型含导叶立式离心泵广泛应用于高扬程远距离调水,旋转叶轮与静止导叶动静干涉引起的无叶区内高幅值压力脉动是影响其稳定运行的关键因素。为研究叶轮与导叶匹配关系对水泵水力特性的影响,对3台模型泵开展能量特性与压力脉动同台对比实验,分别监测了进水流道、无叶区和压水室的压力脉动信号,并进行时域和频域分析。结果表明:泵运行流量越靠近设计流量,压力脉动峰峰值越小,且设计流量下无叶区的压力脉动峰峰值分别是进水流道和压水室相应值的3.7和1.9倍;叶片型线改变导致出口安放角增大后,最优工况向大流量偏移,高效区拓宽,但无叶区内压力脉动幅值增大;导叶进口安放角减小后,最优工况向小流量偏移,高效区也得到拓宽,且无叶区内压力脉动幅值显著下降;改善叶轮出口和导叶进口的匹配关系可提高水泵能量特性,但压力脉动仅在导叶进口安放角减小时降低。本研究可为含导叶立式离心泵水力设计提供指导。

带可调进口导叶轴流泵装置水力性能数值分析

根据轴流泵进口导叶片的设计要求,设计了可调进口导叶并开展了不同安放角进口导叶轴流泵装置的三维定常数值计算,获取了进口导叶对轴流泵装置水力性能调节的综合特性曲线,建立了带可调进口导叶轴流泵装置水力性能预测的多元非线性回归预测数学模型。依据数值计算结果和速度三角形分析了可调进口导叶对转轮及轴流泵装置水力性能的影响,结果表明:在进口导叶安放角0°时,相比不带可调进口导叶的轴流泵装置,在高效区及小流量工况时带进口导叶泵装置的能量性能变化很小,大流量工况时进口导叶的水力损失较大进而导致带进口导叶泵装置的效率下降幅度较大。随进口导叶安放角由0°逐渐向正角度增大时,泵装置的最优工况向小流量方向偏移,泵装置的流量效率曲线呈现出整体下降的趋势;随进口导叶安放角由0°逐渐向负角度减小时,泵装置的最高效率先增大后减小,但泵装置的最高效率点对应的流量未发生改变。