离心泵全流场与非全流场数值计算

为研究不同计算域对离心泵数值计算结果的影响,采用虚拟分块网格划分技术和标准k-ε湍流模型,对5台不同比转数离心泵设计工况下的内部流动进行了三维定常全流场与非全流场数值模拟.基于全流场和非全流场数值计算结果分别进行了性能预测和内流场特征分析,并将性能预测结果与试验结果进行了对比分析.结果表明:不同计算域对数值计算结果影响显著;全流场数值模拟性能预测精度高于非全流场数值模拟,扬程预测精度平均高1.54%,效率预测精度平均高1.67%;流场分析发现两种计算方法得到叶轮内的静压分布基本一致,而蜗壳内静压分布存在着明显差异;全流场数值计算得到的叶轮与蜗壳的间隙速度分布呈现层状分布,而非全流场数值计算得到的结果呈三角形分布;由于全流场计算区域考虑叶轮进口口环、前后盖板间隙流的影响,其数值计算得到的蜗壳断面内二次流分布并不完全对称.

基于结构化网格的离心泵全流场数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对全流场模型下离心泵的性能进行了分析。阐述了离心泵计算区域的拓扑块生成和结构化网格划分方法;分析了全流场模型和非全流场模型的数值模拟结果,并比较两者产生差异的原因。证实了腔体的存在对模拟结果的影响,得到的全流场数值模拟性能预测精度优于非全流场数值模拟,其流态分布也存在显著的差别,并获得了口环泄漏量与离心泵流量和扬程的关系。将离心泵全流场模型的模拟结果与试验值进行了对比:设计工况点(Qd),离心泵的扬程相对误差为0.79%,效率相对误差为0.9%,模拟结果和试验结果比较接近;在0.2Qd时,扬程相对误差为6.24%,效率相对误差为9.61%,极小流量点的数值模拟精度有待提高。

复合叶轮离心泵数值模拟正交试验设计方法

按无过载离心泵设计要求,选择对复合叶轮离心泵性能影响比较关键的叶片出口安放角β2、叶片出口宽度b2、喉部面积Ft和短叶片进口直径Di的4个参数为变化因素按正交方案设计了9台复合叶轮离心泵模型。采用F luent全流场数值模拟方法对设计的9台模型泵进行正交试验,得到了各几何参数对复合叶轮离心泵各性能指标影响的主次顺序,并得出模型泵的最优设计方案。对最优设计方案的样机试验表明,全流场数值模拟方法的选优结果在实现无过载的同时,保持了较高效率,达到了试验目的。研究结果验证了全流场数值模拟正交试验选优的可行性。

多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析

为了探究离心泵内部非稳态流动引起的压力脉动现象及其特性,以某型多级离心泵为对象,建立了流场三维有限元网格.采用Fluent仿真技术,选用RNG k-ε湍流模型对离心泵流场进行非稳态数值计算,通过设置监测点,得到了不同位置处在每个时间步长下的压力值.运用FFT方法,对叶轮及蜗壳等主要流道监测点的压力脉动进行频谱分析,结果表明叶轮和蜗壳内的压力脉动主要集中在叶频及其倍频处,并且叶轮与蜗壳之间动静干涉对压力脉动有较大的影响.

复合叶轮对高速部分流泵性能的影响

利用FLUENT6.3.21软件,选取RNG k-ε湍流模型,采用同一蜗壳配二种不同结构形式叶轮的研究方案,对高速部分流泵的内部流场进行了值模拟和性能预测。通过比较分析,提出了采用复合叶轮能有效地降低曲线的陡降度,使泵的流量扬程曲线变的更加平坦,并能提高泵效率。

基于全流场的泵装置出水流道内流特性分析

为了研究立式轴流泵装置出水流道的流动特性,以一立式轴流泵装置为研究对象,基于全流场非定常计算,结合湍动能和流线分布以及压力分布,分析出水流道内非定常流动特性;基于Q准则,在小流量工况下对流道内涡旋结构进行可视化分析;基于特征值法和涡量法,对不同工况下1个非定常旋转周期内的出水流道里的涡核进行提取.结果表明:小流量工况下,出水流道的入口处产生的涡旋结构数量最多,流道内提取到的涡核数量也最多;出水流道内的涡核强度从流道入口处往后逐渐减弱; 2种方法均在额定工况下提取到的涡核数量最少,并且额定工况下流道中后部均未出现涡核.掌握出水流道内流特性及涡核分布,有助于今后优化设计出低水力损失的出水流道.

切线泵流动特征的整流场数值模拟

对单级切线泵在设计工况进行了定常流动数值模拟 ,分析了叶轮流道及蜗壳内的液体流动情况。结果表明 ,切线泵内流场非常复杂 ,叶轮进口有明显冲击 ,叶轮各流道的速度、压力差异很大 ,环形蜗壳内流动呈现旋涡推进特征 ,上、下游流动有强烈的相互作用 ,整机流场不具有对称性 ;环形蜗壳的几何结构以及流场上、下游的相互作用是导致整机流场非对称特性的主要原因。计算结果为进一步改进结构、提高性能、减小水力损失提供了理论依据。

井用潜水泵级间间隙泄漏CFD分析与试验

鉴于级间间隙泄漏量试验难于测量的局限性,为了研究井用潜水泵泄漏量的变化对性能的影响,以200QJ80-22井用潜水泵为研究对象,首次应用CFD软件对不同的前口环间隙、后口环间隙以及级间间隙进行全流场数值计算,得到的结果与试验结果对比分析,并对级间间隙泄漏量经验公式估算值与数值计算值进行比较,分析泵在不同的间隙泄漏下对内部流场和外特性的影响,在级间间隙内和进出口区域布点监测其压力值,并进一步分析级间间隙压力变化对整泵性能的影响。结果表明:对不考虑所有密封环、只考虑前密封环泄漏和考虑前后密封环泄漏以及间隙泄漏在内的三种模型数值计算结果与试验结果对比分析,发现三种模型数值计算效率值与试验值误差分别为24.5%、12.9%和6.7%;而三种模型数值计算扬程值与试验扬程误差分别为25.9%、15.9%和9.3%。额定工况下经验公式估算的泄漏量与数值计算得到的间隙两端压差代入公式估算泄漏量,小间隙时较为接近,大间隙时相差较大,研究结果对级间间隙泄漏量的计算有一定的参考价值。

离心泵关死点内部流动数值模拟

采用非定常雷诺时均方法结合SST湍流模型,对一比转数为86.44的离心泵零流量工况下的内部流动进行了三维全流场数值模拟。基于数值模拟结果,预测了离心泵关死点扬程并与试验结果进行了比较,同时分析了关死点内部流动规律。研究结果表明,CFD预测的关死点平均扬程误差为4.7%;流道1的进口和出口各有一个旋转方向相反的漩涡,2个漩涡在一个周期内会各自发生不同的状态改变,且呈现明显的周期变化;蜗壳扩散段的绝对速度接近于零,流道1内叶片工作面的高速区面积先增加后减小;蜗壳内的静压分布变化明显,流道1的工作面出口处高压区面积随着叶轮的旋转不断减小;泵进口始终存在着6个大小不同的漩涡,且这6个漩涡基本堵塞了整个流道。

基于定常计算的轴流式通风机内部全流场数值模拟和性能预测

针对2K70型轴流式通风机从集流器进口到扩散器出口的内部三维全流场做了定常的数值模拟。该模拟在计算区域采用非结构化网格,选用标准的k-ε湍流模型和压力边界条件。模拟结果揭示了轴流式通风机内部流场的一些基本特征,根据这些特征对该通风机的整体性能做了有较高精度和可靠性的性能预测。预测结果可为内部流动优化提供参考。

空调室外机轴流风扇全流场数值模拟

以某型号空调外机轴流风扇为研究对象,建立其三维全流场整机模型,采用数值模拟方法对其在设计工况下的内部稳态流场进行数值模拟,并预估其风扇表面气动噪声源的分布,着重分析了空调外机流场稳态速度场、压力场及声功率级的分布规律,揭示了空调外机流场的基本特征。分析结论可为轴流风扇的优化设计提供参考,对提高其整体性能及其降噪具有重要工程应用价值。

蜗壳形状对高速部分流泵性能的影响

利用FLUENT6.3.21软件,选择了S-A湍流模型,对同一叶轮配两种蜗壳的高速部分流泵进行了内部流场数值模拟和性能预测,通过比较分析,提出采用矩形螺旋蜗壳能提高关死点扬程,得到较为平坦的扬程曲线,且能提高泵的效率。并通过内部流场分析,解释了引起外特性差异的原因。

油污染全场模拟的湍浮力流动k-ε模型

以通用的k-ε湍流模型为基础,针对油—水两相流动体系的特点,提出了油污染全场模拟的湍浮力流动k-ε模型.模型不仅在控制方程中计及了密度变化,而且在控制方程中加进了浮力项,并对湍流Schmidt数也作了浮力修正.从而计及了浮力对紊动的影响.结果表明,模型的模拟效果非常满意.

部分流泵的全三维湍流数值模拟

借助Fluent软件,选择标准κ-ε模型和标准壁面函数对单级部分流泵在设计工况方面进行了三维湍流数值模拟,分析了叶轮、涡壳内流体的流动,指出径向直叶片叶轮进口的冲击损失很大,隔舌前后是能量损失、产生噪声与振动的主要区域,隔舌对泵性能影响较大,蜗壳内存在两个反向的旋涡,蜗壳内的流体在主流和二次流的共同影响下沿着流道向前推进。最后,对泵性能的预测值与实测值作了对比,验证了数值模拟的正确性。

泵作透平时叶轮轴向力的数值计算与分析

为了准确预测泵作透平时轴向力的大小,采用流场分析软件CFX对泵作透平进行了全流场三维数值模拟,获得了叶轮盖板、叶轮流道内表面、叶片的压力分布及腔体内液体角速度的分布情况。结果表明:泵作透平在最高效点时每级叶轮受到的盖板力并非相等,随着级数的增加叶轮受到的盖板力呈现越来越小的趋势,而各级叶轮受到的轴向力随着来流水头的增大逐渐增大;并且各级腔内液体角速度的平均值均要高于传统认为的叶轮角速度的一半,且该值并非恒定,范围为0.42～0.70倍的叶轮转速。

混流式风机内部流体力学行为研究

基于k-ε湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式风机的全流道三维定常湍流计算,得到了风机内部压力分布和速度分布等许多重要的流动现象。结果表明,风机的全通道CFD分析能够较为准确地预测出风机内部流场结构。

基于结构化网格的内啮合齿轮泵流场数值模拟

对某内啮合齿轮泵进行内流场的瞬态数值模拟,以高质量的结构化网格来处理大小齿之间、齿与泵壳壁面及月牙板之间等的所有间隙,实现全流场模拟。借助CFX软件平台,用Fortran语言编写的脚本将一个相位角间的45组网格依次加载进求解器中,并将一个相位角的转动时间作为一个周期,实现动网格计算。采用标准k-w SST湍流模型,对主动轮的一个转动周期内进行流场的非定常计算,得出不同转动位置的压力、速度和流量的瞬态特性。数值计算得到的时均流量与实验测试值吻合较好,验证了该方法的有效性。

抽水蓄能电站泵工况全过流系统流场数值模拟

为了更加全面分析抽蓄电站泵工况流场特征,建立包括引水隧洞、调压井、高压管道、水泵水轮机组与尾水隧洞的全过流系统几何模型。采用考虑重力作用的控制方程结合k-ωSST模型对其不同单机抽水工况进行3维湍流数值模拟,与模型试验换算结果进行对比,计算并分析了各个过流部件的水力损失。结果表明:考虑重力作用的数值模拟得到的流场分布状态更贴近实际,额定工况效率误差为0.9%,扬程误差为1.0%,其它工况效率和扬程的最大误差分别小于3.5%和3.0%。抽蓄电站水力损失主要发生在机组段,而输水系统水力损失相对较小,平均约占总水力损失的10.4%。导叶开度相同时,不同工况机组段水力损失的诱发因素不同,小流量工况水力损失主要因为转轮进口流态紊乱,出口流场不均匀;而活动导叶开度较小,流速过大是大流量工况水力损失主要成因。

混流式水轮机全流道三维非定常流场数值模拟

基于三维时均N—S方程和RNGk—ε双方程湍流模型,采用滑移网格模型进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算,捕捉了水轮机各过流部件内复杂湍流场分布和尾水管内涡旋结构等流动信息随时间的变化情况。计算结果表明,水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态,随时间推移变化剧烈,计算结果更接近实际流场分布。

混流式水轮机全流道三维流场数值模拟

基于Realizablek-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算。捕捉到了水轮机各过流部件内的流场和尾水管内的涡旋结构等流动信息。结果表明,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义。