叶片圆盘泵叶轮结构流固耦合模态特性分析

为探究流体压力、离心力对叶片圆盘泵叶轮结构模态特性的影响,采用Fluent软件计算泵叶轮不同工况下流体压力大小及分布情况,借助Workbench平台进行叶轮结构的静态模态以及流体压力和旋转离心力作用下的模态特性分析,并对结果进行对比分析。同时,探讨了连接臂半径及位置对叶轮固有频率的影响。结果表明:叶轮的静态模态与预应力模态各阶振型基本相似,固有频率及振幅差异也不大;随着连接臂半径的增大,泵叶轮固有频率逐渐增大;随着连接臂与圆盘盖板中心之间距离变大,叶轮前三阶固有频率逐渐变小,总体上差别不大,三阶及以后各阶固有频率逐渐变大。

叶片圆盘泵固液两相流动规律数值模拟

为研究叶片圆盘泵内流动规律,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵体内的转动。采用Eulerian多相流模型、RNGk-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟。在水力性能试验验证的基础上,得到叶轮无叶区和叶片区内压力和速度变化规律,以及固相体积分数分布规律。结果表明:旋流是叶轮无叶区内主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,存在叶片区高能流体流向无叶区的轴向流动;固相颗粒大部分集中于无叶区,叶片区颗粒浓度最高是在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区处。分析认为大部分固体颗粒直接从无叶区排出而不经过叶轮叶片区是叶片圆盘泵具有良好固相通流能力而又对叶轮磨损较小的原因。

叶片圆盘泵叶轮无叶区内部流场数值模拟

为研究叶片圆盘泵叶轮无叶区内的流动特征,采用RNGk-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对叶片圆盘泵内三维不可压湍流场进行数值模拟,得到速度等值线图和压力等值线图,并对模拟结果进行分析。发现周向流动是叶片圆盘泵叶轮无叶区内的主要流动方式,无叶区内较大部分是低压区,无叶区内除存在轴向流动外还存在径向回流。

海底泥浆举升叶片圆盘泵轴向力预测

为计算海底泥浆举升叶片圆盘泵的轴向力,采用RNGk-ε方程湍流模型和标准SIMPLE算法对模型泵内全流道三维湍流进行数值模拟。在水力性能试验验证的基础上,得到轮毂轴端及叶轮表面的静压力分布,并预测叶轮轴向力。结果表明:叶轮内表面静压分布较均匀,前、后盘静压分布基本相同,叶轮内表面压力分布不均所产生的轴向力占总的轴向力比例很小;叶轮前、后盘外表面压力分布存在明显的不一致,特别是在泵出口附近,叶轮后盘压力要明显大于前盘压力,叶轮所受总的轴向力主要由叶轮前、后盘外表面压力分布不均产生。

新型圆盘泵叶轮设计及其性能预测

针对原有叶片圆盘泵扬程和效率较低的状况,在原有叶轮的基础上进行了结构改型,采用多重参考坐标系法模拟叶轮在泵内旋转。利用Eulerian多相流模型、标准κ-ε湍流模型与SIMPLEC算法对改型前、后叶片圆盘泵进行数值模拟,得出改型前、后叶片圆盘泵在清水介质条件下的效率和扬程水力性能曲线,分析不同圆弧过渡角度及轴向伸出长度对泵水力性能影响,对比分析改进前、后叶轮的抗气蚀性能;并得出改进前、后叶片圆盘泵在固液两相流条件下的固相颗粒体积分布云图。结果表明:改型后的叶片圆盘泵模型不仅具有改进前叶片圆盘泵的优点,且效率、扬程及抗气蚀性能均高于改型前叶片圆盘泵。

叶片圆盘泵变转速性能试验研究

为研究海底泥浆举升叶片圆盘泵样机变速性能,进行了不同转速叶片圆盘泵性能试验,得到样机不同转速下的性能曲线,并与比例定律换算得到的性能进行了比较、分析,得出一定转速范围内叶片圆盘泵相似工况点的对应参数(Q,H,N)满足比例定律关系。平坦的H-Q曲线和恒定出口压力n-Q曲线说明,叶片圆盘泵适合海底泥浆举升钻井泥浆的举升和海底井口压力的控制。

叶片圆盘泵压力脉动及叶轮径向力特性分析

开展叶片圆盘泵压力脉动相关研究对于了解其瞬态特性,提高其运行稳定性具有重要意义。应用Fluent软件对叶片圆盘泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,在外特性试验验证的基础上,分析了设计工况下叶轮内压力、蜗壳内压力、扬程脉动情况以及叶轮径向力变化规律和影响因素。分析结果表明,泵内监测点压力脉动周期取决于叶轮叶片数目,且前、后盖板有叶区内监测点压力脉动规律基本相同,无叶区压力脉动幅值小于有叶区压力脉动幅值,隔舌附近压力脉动幅值最大,且蜗壳入口侧大于出口侧;扬程脉动周期与监测点压力脉动周期相同,当叶片转至隔舌时扬程为极小值,隔舌处于相邻2叶片中间位置时扬程为极大值。叶轮所受径向力变化周期与叶轮转动周期相同,径向力2垂直分量呈正弦规律变化。

颗粒性质对叶片圆盘泵叶轮内颗粒分布的影响

为研究颗粒性质对颗粒在叶片圆盘泵叶轮内分布规律的影响,将叶片圆盘泵叶轮分为无叶区和叶片区,采用多重参考坐标系法模拟流体在叶片区和无叶区内的流动。采用Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,利用Fluent软件对叶片圆盘泵内固液两相湍流进行数值模拟。对不同直径、不同浓度及不同密度颗粒在叶轮叶片区和无叶区的分布及颗粒在叶轮表面分布规律进行分析。结果表明:颗粒密度和颗粒直径对颗粒分布影响较大,颗粒密度、粒径越大,颗粒越难被液相带动加速而处在液相相对速度较慢的无叶区,随着颗粒密度、粒径的增大,叶轮表面颗粒浓度分布变化趋缓;颗粒浓度对颗粒在无叶区和叶片区分布影响较小;叶片表面颗粒浓度大于轮盘表面颗粒浓度,从动轮上轮盘表面和叶片表面颗粒浓度要小于相应主动轮表面颗粒浓度。

径向直叶片燃油汽心泵汽心形态数值模拟

为获得燃油汽心泵内气态区域的形成过程及形态的变化规律,基于renormalization group(RNG)k-ε双方程湍流模型与Schnerr-Sauer空化相变模型,对径向直叶片燃油汽心泵进行了整体三维建模与气液两相定常数值模拟,分析转速、进口节流活门开度、出口压力等因素对燃油汽心泵内气态区域的影响.结果表明:一定转速范围内气态区域随转速增加而扩大;转速不变时出口压力增加会使气态区域范围减小;气态区域扩张至极限位置即叶轮直径外,燃油汽心泵进入不稳定工况.RNGk-ε双方程湍流模型和与SchnerrSauer空化相变模型适用于燃油汽心泵汽心形态的数值模拟.