翼型优化在人工造流中的计算分析

针对国内潜水搅拌机主要依靠经验来选型以满足工程需求的问题,将潜水搅拌机设计与轴流泵相结合,利用轴流泵的水力设计方法——流线法对潜水搅拌机进行设计.采用多面体网格和边界棱柱层网格的混合网格划分方式,经CFD数值计算验证,得到的初始模型水力效果较好.在此基础上,统计初始模型速度环量分布规律,通过改变潜水搅拌机的出口安放角来改变速度环量沿径向的分布,对叶片翼型进行优化设计,得到了5种优化后的潜水搅拌机水力模型.在恒功率下进行对比分析,根据性能评判标准,最终发现环量分布规律1是潜水搅拌机搅拌效果最佳的翼型特征.研究可为潜水搅拌机叶片优化设计提供坚实的理论基础.

不同双进口对轴流泵不稳定工况性能改善研究

针对轴流泵在小流量时流量-扬程曲线表现出马鞍形的不稳定工况区问题,为轴流泵设计了一种叶轮进口边前方近轮缘处的双进口结构,包括喇叭形与圆筒形两种几何形状。此方法在泵的几何结构上表现为加装了内筒式分隔板,以加装的内筒与进水管内壁之间的间距值δ作为变量参数,分别研究了此参数大小和两种形状对轴流泵外特性曲线及内部流场的影响。结果表明,叶轮进口前双进口结构设计能够有效改善小流量时轴流泵叶轮进口边前端的流场分布,减少叶顶泄漏对主流的影响,提高不稳定区内的扬程,减小不稳定区内扬程曲线的正斜率,扩大了安全运行流量区间。3个比选间距δ值中,δ=10%D2内筒带来的扬程提升效果最好。喇叭形双进口比圆筒形双进口在设计流量以下区间的扬程提升值高,但两种形状的扬程差别在3%以内,工程中可选用圆筒形结构。

矿用多级抢险排水泵气液两相流动特性分析

为研究气液两相流对矿用多级抢险排水泵性能的影响,以一台四级矿用潜水离心泵为研究对象,采用ANSYS CFX数值模拟方法,基于Eulerian-Eulerian多相流模型,对不同气体体积分数和不同气泡直径下四级离心泵进行气液两相流定常数值模拟.模拟得到气液两相流下的矿用多级抢险排水泵性能曲线及转子轴向力,并对扬程、效率、转子轴向力进行分析对比,同时分析泵内部气体分布规律.结果表明:在气液两相流条件下,气泡直径、气体体积分数都对泵的外特性及转子轴向力有显著的影响,在大流量、气体体积分数比较高的情况下,矿用多级抢险排水泵的扬程和效率会急剧下降,并出现转子残余轴向力与正常运行条件下转子残余轴向力方向相反的情况;内部流动中,气液两相流条件下叶轮出口出现局部回流,回流从吸力面流向压力面.

质量不平衡对单叶片叶轮径向受力的影响

为了寻找改善单叶片离心叶轮径向受力的方法,通过对一单端面配重的单叶片叶轮进行研究,在外特性试验验证定常数值计算精度的前提下,进行非定常数值计算,获得了单叶片叶轮的径向力矢量分布规律,发现设计工况附近,叶轮所受径向力的方向与叶片相对位置基本固定.基于整周期内径向力的矢量平均,获得平均径向受力的大小和方向.利用虚拟样机仿真技术,获得了质量平衡的叶轮,以及质量不平衡的叶轮;该叶轮的不平衡质量在旋转作用下产生的离心力,正好与平均水力径向力大小接近、方向相反.通过单向流固耦合仿真,发现偏心质量叶轮在实际运行中径向受力大幅度减小,证明了通过精确控制不平衡质量大小及相位角,减小和改善单叶片叶轮径向受力的方法是可行的.

搅拌机布置方式对生化池流场的影响及优化

针对某缺氧池混合液搅拌效果的好坏不仅与设备自身设计有关,更受到搅拌机布置方式影响的问题,研究搅拌机布置方式对生化池流场的影响.基于Star-ccm+虚拟仿真平台,对缺氧池及搅拌机区域进行多面体网格划分,采用k-ε湍流模型进行全流场数值模拟,剖析池内流场物理结构.根据搅拌机搅拌形成的环流布局,设计整体推流和分布推流2种布置方式,最终获得最佳安放角度和位置.计算结果表明:该缺氧池采用整体推流能有效减小低速区域面积,提高平均搅拌速度;当2台搅拌机与壁面呈一定角安放时,更利于推流的扩散和死角区域的改善.根据优化结果对现场进行布置,试验结果与数值模拟接近.因此,采用多面体网格计算,具有较好的收敛速度和计算精度,可为生化池流场中搅拌机布置提供参考.

基于CFD技术的侧向进水回流泵站优化设计

以某污泥回流泵站为例,针对其侧向进水结构带来的不良流态和水泵运行的安全问题,进行优化设计研究。基于Star ccm+软件平台,利用CFD技术对两种簸箕型流道下的流场进行数值模拟。结果表明:采用方案1隔墙式的簸箕型流道时,3台回流泵流量不均,存在抢水现象,并且易导致污泥沉降,沉降区集中在隔墙后方的池底死角;采用方案2的开式簸箕型流道时,3台回流泵流量较为均匀,且运行稳定,最高效率可达70%,缺点在于施工难度大和施工成本高;最终提出了采用带有斜坡的隔墙式簸箕型流道,同时将3号泵作为备用泵使用,最终方案有效缓解了隔墙后方的沉降现象,并在一定程度上改善了回流泵运行的稳定性,研究结果对该类工程具有一定参考和指导意义。