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基于CFD-DEM的旋流泵混合颗粒固液两相流研究 被引量:4
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作者 高雄发 郜聪 +3 位作者 张德胜 施卫东 施亚 王家斌 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期163-170,248,共9页
为了探究折叶片旋流泵固液两相输送机理,基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics-discrete element method)耦合算法,选用油菜籽和黄豆颗粒等比例混合,在不同流量工况和体积分数下对旋流泵进行固液两相流数值模拟和试验研究。同时也... 为了探究折叶片旋流泵固液两相输送机理,基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics-discrete element method)耦合算法,选用油菜籽和黄豆颗粒等比例混合,在不同流量工况和体积分数下对旋流泵进行固液两相流数值模拟和试验研究。同时也研究了折叶片旋流泵内部流动规律及颗粒分布特征。小流量工况下,进口管内螺旋回流长度较长,对进口来流扰动较大。随着流量增大,进口管回流长度逐渐缩短。叶轮前端面旋涡随流量增大,数量先增加后减少,且逐渐向折点方向聚拢。泵内颗粒受循环流和贯通流的共同作用,进口管中心部颗粒主要受贯通流影响,直接穿过无叶腔,冲击叶轮进口;靠近管壁的颗粒受循环流影响较大。无叶腔内颗粒分布呈现出:中心部最高,中间部随外径增大浓度逐渐降低,外缘部浓度稍有上升。叶轮前半部颗粒数量明显少于叶轮后半部,颗粒沿叶片第1段折边运动,在折点处开始发生分离,不再跟随第2段折边。不同工况下,泵进口有不同程度的螺旋回流现象,导致进口过流面积减小。循环流的存在,使得无叶腔和进口管的颗粒充分旋起,泵送能力增强,不易发生堵塞。 展开更多
关键词 离心泵 CFD-DEM耦合算法 折叶片 混合颗粒 进口螺旋回流高速摄影试验
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基于数值模拟的单叶片离心泵能量损失分析 被引量:2
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作者 施卫东 王传龙 +3 位作者 谭林伟 王家斌 陈成 叶金诚 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期325-330,共6页
为揭示单叶片离心泵效率偏低的主要原因,采用数值模拟的方法对单叶片泵的能量损失进行了详细分析,建立了单叶片离心泵水力损失模型.基于SIMPLEC算法和标准k-ε湍流模型,利用Ansys CFX软件求解三维N-S方程,分析单叶片离心泵在不同流量工... 为揭示单叶片离心泵效率偏低的主要原因,采用数值模拟的方法对单叶片泵的能量损失进行了详细分析,建立了单叶片离心泵水力损失模型.基于SIMPLEC算法和标准k-ε湍流模型,利用Ansys CFX软件求解三维N-S方程,分析单叶片离心泵在不同流量工况下的湍流耗散损失和壁面摩擦损失,并搭建单叶片离心泵的外特性试验台,验证了数值模拟的准确性.结果表明:单叶片离心泵的能量损失形式主要为耗散损失和摩擦损失,并且泵内的耗散损失明显大于叶片摩擦损失;效率偏低的主要原因是耗散损失较大,具体表现为单叶片离心泵叶轮流道内存在明显的低速区及流动分离区,且压力呈圆周非对称分布;单叶片离心泵从其叶片进口处到出口处的耗散损失、摩擦损失均不断增大;耗散功率、摩擦功率占总功率百分比及叶轮水力效率呈抛物线分布. 展开更多
关键词 单叶片离心泵 数值模拟 流场分析 能量损失 外特性试验
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双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究 被引量:11
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作者 王文杰 邓起凡 +2 位作者 裴吉 袁寿其 张本营 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第19期107-113,120,共8页
为深入了解双吸离心泵内部非定常压力脉动特性,对一台双吸离心泵在0.6 Q d、0.8 Q d、1.0 Q d和1.2 Q d工况下的压力脉动特性进行了试验和数值模拟研究,得到了吸水室和蜗壳壁面上3个监测点的压力脉动时频域特性及泵内部压力脉动强度分... 为深入了解双吸离心泵内部非定常压力脉动特性,对一台双吸离心泵在0.6 Q d、0.8 Q d、1.0 Q d和1.2 Q d工况下的压力脉动特性进行了试验和数值模拟研究,得到了吸水室和蜗壳壁面上3个监测点的压力脉动时频域特性及泵内部压力脉动强度分布。对比试验和数值模拟的泵外特性和监测点的压力脉动功率谱密度,验证了数值模拟的准确性。结果表明:在设计工况和小流量工况下吸水室监测点处叶频是压力脉动的主频,在1.2 Q d时主频转变为轴频,且轴频的幅值随流量变化较小;因吸水室顶部漩涡较多,采用SST k-ω模型进行数值模拟未能准确预测吸水室中的压力脉动。蜗壳上监测点的压力脉动主频为叶频,其振幅随流量的增加先减小后增大,由于蜗壳内压力脉动主要原因为叶轮和蜗壳的动静干涉作用,数值模拟可以准确预测蜗壳中的压力脉动。在小流量时蜗壳出口处监测点的压力脉动主频为轴频,在设计工况和大流量时为叶频,但由于数值模拟未考虑环境因素,使得其结果与试验有偏差。蜗壳中压力脉动强度随着流量增加先降低后变大,在设计工况最低,在设计流量和大流量工况下隔舌断面上压力脉动强度对称分布。 展开更多
关键词 双吸离心泵 压力脉动 试验 数值模拟 功率谱密度 压力脉动强度
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余热排出泵压力脉动频谱特性数值和试验研究 被引量:3
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作者 裴吉 王文杰 +1 位作者 刘军 袁寿其 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1984-1993,共10页
余热排出泵是核电站中的核二级泵,保证核电站安全停堆。采用导叶和环形蜗壳结合的结构形式以保证余热排出泵安全可靠运行。为研究余热排出泵内部压力脉动的分布和传播规律,采用非定常数值模拟和试验获得了泵内部动静干涉引起的压力脉动... 余热排出泵是核电站中的核二级泵,保证核电站安全停堆。采用导叶和环形蜗壳结合的结构形式以保证余热排出泵安全可靠运行。为研究余热排出泵内部压力脉动的分布和传播规律,采用非定常数值模拟和试验获得了泵内部动静干涉引起的压力脉动信号,并采用频谱法获得了压力脉动频谱特性。结果表明:数值模拟和试验同时捕捉到导叶离心泵内部由动静干涉引起压力脉动频率的两种基本频率(叶轮叶片通过频率和导叶叶片通过频率)。在叶轮流道内导叶叶频及其谐频的压力脉动频谱幅值从叶轮进口到叶轮出口逐渐增强,幅值最大产生在叶片出口边的工作面。在导叶流道内叶轮叶频及谐频下的压力脉动频谱幅值最大发生在喉部。在环形蜗壳流道内叶轮叶频及谐频下的压力脉动频谱幅值分布与导叶叶片出口边位置有关。研究结果可为降低泵内部压力脉动提供一定的参考。 展开更多
关键词 余热排出泵 动静干涉 非定常数值模拟 试验研究 叶轮叶频 导叶叶频
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粒子群算法在带导叶离心泵性能优化中的应用 被引量:1
5
作者 王文杰 邓起凡 +1 位作者 裴吉 王家斌 《东北电力大学学报》 2021年第4期73-79,F0002,F0003,共9页
为了提高带导叶离心泵运行效率和解决泵性能优化过程中优化目标与设计变量间强非线性问题,文中提出了一种基于粒子群算法的叶轮多参数智能优化方法.在Workbench软件平台搭建了叶轮造型、网格划分和性能计算的数值仿真流程.以泵设计流量... 为了提高带导叶离心泵运行效率和解决泵性能优化过程中优化目标与设计变量间强非线性问题,文中提出了一种基于粒子群算法的叶轮多参数智能优化方法.在Workbench软件平台搭建了叶轮造型、网格划分和性能计算的数值仿真流程.以泵设计流量效率为优化目标,定义扬程为约束条件,通过Bézier曲线控制叶片安放角、叶片进口边位置和叶片厚度的分布,以Bézier曲线控制点坐标的为优化变量.编写泵性能优化程序,调用粒子群优化算法和数值仿真软件,在粒子群算法迭代中计算中每个粒子(叶轮方案)的适应值(效率).在粒子群算法迭代初期泵设计工况效率为74.91%,迭代末期泵效率为78.50%,较原始方案的效率高2.1%,优化后扬程为72.5 m,仍满足设计要求.对比优化过程中的叶轮和导叶内速度流线分布,可以发现叶轮和导叶叶片工作面流动分离现象得到改善,叶轮欧拉扬程上升减缓.所提出的泵性能优化方法为其他泵的性能改善提供了一定的参考价值. 展开更多
关键词 粒子群算法 带导叶离心泵 叶轮 直接优化 数值模拟 内部流动 BÉZIER曲线 效率
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叶轮搅拌非牛顿流体时的功耗特性研究
6
作者 王鹏 段江龙 王世基 《东北电力大学学报》 2021年第4期80-88,F0004,共10页
发酵液搅拌是沼气工程不可或缺的工艺过程,合理的搅拌对提高沼气的产气率具有重要的意义.由于发酵过程中的沼液呈非牛顿流体特性,其粘度随剪切速率变化而变化致使在沼液搅拌过程中的功耗特性预测一直是一个研究难点.文中考察了Metzner&a... 发酵液搅拌是沼气工程不可或缺的工艺过程,合理的搅拌对提高沼气的产气率具有重要的意义.由于发酵过程中的沼液呈非牛顿流体特性,其粘度随剪切速率变化而变化致使在沼液搅拌过程中的功耗特性预测一直是一个研究难点.文中考察了Metzner&Otto广义雷诺数ReMO,Metzner&Reed广义雷诺数ReMR及Chhabra广义雷诺数ReCH与功率准数Ne的相互关系.采用上述三种方法基于不同尺寸搅拌叶轮及不同浓度非牛顿流体的搅拌系统所测得的数据来预测搅拌系统的功耗特性,发现每一种方法都不能完全准确的预测从层流到转捩过程的功耗特性.因此,文中通过分析非牛顿流体的本构方程,在上述三种方法的基础上推导了一个适用于预测从层流到转捩过程功耗特性的广义雷诺数Renew.研究发现,相比已有的预测方法,新的广义雷诺数能很好的预测该搅拌系统的功耗特性,为进一步研究奠定了坚实的基础. 展开更多
关键词 发酵液 搅拌桨 功率准数 广义雷诺数
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立式管道泵断电过渡过程内流特性分析 被引量:1
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作者 张晨滢 裴吉 +5 位作者 袁寿其 王文杰 甘星城 邓起凡 赵建涛 张本营 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第10期1001-1007,共7页
为探究立式管道泵断电过渡过程中内部不稳定流动特性,采用数值模拟的方法,结合Fortran语言编程对CFX进行二次开发,利用角动量微分方程预测了转速变化规律,分析了管道泵断电过渡过程中流量、转速等参数及内流场的变化规律.研究结果表明:... 为探究立式管道泵断电过渡过程中内部不稳定流动特性,采用数值模拟的方法,结合Fortran语言编程对CFX进行二次开发,利用角动量微分方程预测了转速变化规律,分析了管道泵断电过渡过程中流量、转速等参数及内流场的变化规律.研究结果表明:断电后转速从正向转速逐渐减小变换为反向转速并增大达到飞逸转速(nmax=1.206n0);转速与流量之间存在延迟,前者比后者延迟1.24 s到达零点;压力脉动幅值在飞逸阶段达到最高值;过渡过程初期在进口肘型弯管叶轮流道及蜗壳内产生多个旋涡,中期旋涡逐渐消失,内部流态趋于平稳,后期在第2弯管内侧和叶轮进口边出现小旋涡.研究揭示了管道泵断电停机过渡过程中的内流瞬态特性,为管道泵停机过程的安全运行提供了理论基础. 展开更多
关键词 立式管道泵 数值模拟 突发断电 过渡过程 内流分析
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Ω涡识别方法在双进口两级中开泵中的应用 被引量:1
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作者 赵建涛 袁建平 +2 位作者 裴吉 王文杰 张本营 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期447-453,共7页
为了研究双进口两级中开泵内部流动的涡旋特性,基于SST k-ω湍流模型,采用非定常数值计算方法,通过外特性试验和GCI准则验证了数值计算方法的合理性,并引入新一代涡识别方法Omega(Ω)法,对其内流场中的涡旋结构进行分析.研究结果表明:... 为了研究双进口两级中开泵内部流动的涡旋特性,基于SST k-ω湍流模型,采用非定常数值计算方法,通过外特性试验和GCI准则验证了数值计算方法的合理性,并引入新一代涡识别方法Omega(Ω)法,对其内流场中的涡旋结构进行分析.研究结果表明:传统的涡识别方法不能有效剔除壁面剪切层的影响,而Ω方法能将流体的剪切和纯旋转运动进行区分,获得较为清晰的泵内涡旋结构,特别是在两级叶轮中,能准确捕捉到尾迹涡的形态和分布情况;在不同工况下,将三维空间的Ω涡识别方法简化到二维平面后,其在反流道中的适应性更好,规避了之前许多没有形成涡旋结构而流线呈现出强扭曲的区域,同时证明了轴向涡旋在反流道中占主导地位.另外,研究过程证明了Ω方法在双进口两级中开泵这种复杂流体机械内部涡旋结构的识别中具有较大的优势,可以为该型泵进一步的设计优化提供相关理论依据. 展开更多
关键词 双进口两级中开泵 涡识别 Ω方法 Q准则 λ_(2)准则
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基于CFD-DEM的旋流式固液两相流泵数值模拟与试验研究 被引量:1
9
作者 赵婷 高雄发 +5 位作者 叶晓琰 张德胜 施卫东 段军利 王家斌 施亚 《灌溉排水学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期50-58,共9页
【目的】探究旋流式固液两相流泵内流动特征。【方法】基于CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)耦合模型,选用油菜籽颗粒,在不同流量工况和颗粒体积分数下对旋流泵固液两相流场进行数值模拟和试验研究,研究... 【目的】探究旋流式固液两相流泵内流动特征。【方法】基于CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)耦合模型,选用油菜籽颗粒,在不同流量工况和颗粒体积分数下对旋流泵固液两相流场进行数值模拟和试验研究,研究旋流式固液两相流泵的内部流动规律及颗粒分布特征。【结果】小流量工况下循环流漩涡特征较明显,进口旋转回流长度较长,对进口来流扰动较大,随着流量增大,循环流影响范围减小;泵内颗粒受到贯通流和循环流的共同作用。管壁中心颗粒受贯通流的影响较大,颗粒穿过无叶腔直接进入叶轮,而靠近管壁的颗粒受循环流的影响较大;叶轮内沿着轴向3个截面处颗粒分布有着较为明显的差异,从叶轮前端面到后盖板,颗粒数量逐渐增多;蜗室内存在一对旋转方向相反的漩涡,在第Ⅴ断面之后前侧涡束逐渐消散,后侧涡束一直旋转至第Ⅷ断面处;在贯通流和循环流的作用下,油菜籽颗粒被旋转回流沿着管壁面带入到进口区域。【结论】循环流的存在导致旋流泵效率较低,但在输送颗粒时循环流起到较大的作用,使得泵输送性能较强;模型泵数值模拟与试验结果基本一致,验证了模拟的可靠性。 展开更多
关键词 旋流式固液两相流泵 CFD-DEM耦合计算 循环流 高速摄影 进口旋转回流
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Cavitation Optimization for a Centrifugal Pump Impeller by Using Orthogonal Design of Experiment 被引量:6
10
作者 PEI Ji YIN Tingyun +2 位作者 YUAN Shouqi WANG Wenjie WANG Jiabin 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第1期103-109,共7页
Cavitation is one of the most important performance of centrifugal pumps. However, the current optimization works of centrifugal pump are mostly focusing on hydraulic efficiency only, which may result in poor cavitati... Cavitation is one of the most important performance of centrifugal pumps. However, the current optimization works of centrifugal pump are mostly focusing on hydraulic efficiency only, which may result in poor cavitation performance. Therefore, it is necessary to find an appropriate solution to improve cavitation performance with acceptable efficiency. In this paper, to improve the cavitation performance of a centrifugal pump with a vaned diffuser, the influence of impeller geometric parameters on the cavitation of the pump is investigated using the orthogonal design of experiment (DOE) based on computational fluid dynamics. The impeller inlet diameter D1, inlet incidence angle Aft, and blade wrap angle ~0 are selected as the main impeller geometric parameters and the orthogonal experiment of L9(3"3) is performed. Three-dimensional steady simulations for cavitation are conducted by using constant gas mass fraction model with second-order upwind, and the predicated cavitation performance is validated by laboratory experiment. The optimization results are obtained by the range analysis method to improve cavitation performance without obvious decreasing the efficiency of the centrifugal pump. The internal flow of the pump is analyzed in order to identify the flow behavior that can affect cavitation performance. The results show that D1 has the greatest influence on the pump cavitation and the final optimized impeller provides better flow distribution at blade leading edge. The final optimized impeller accomplishes better cavitation and hydraulic performance and the NPSHR decreases by 0.63m compared with the original one. The presented work supplies a feasible route in engineering practice to optimize a centrifugal pump impeller for better cavitation performance. 展开更多
关键词 cavitation optimization computational fluid dynamics orthogonal design of experiment range analysis
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变工况反渗透海水淡化水力涡轮泵设计开发
11
作者 刘思晗 汪程鹏 +3 位作者 黄云飞 王生辉 王海涛 刘军 《化工机械》 CAS 2021年第2期263-267,共5页
针对现有反渗透海水淡化用水力涡轮泵在工况调节方面的不足,设计开发一种具有活动导叶的变工况水力涡轮泵,通过调节能量回收端活动导叶的开度,可以实现在较宽流量、水头范围内的工况调节,同时保证较高的能量转化效率。利用CFD仿真技术... 针对现有反渗透海水淡化用水力涡轮泵在工况调节方面的不足,设计开发一种具有活动导叶的变工况水力涡轮泵,通过调节能量回收端活动导叶的开度,可以实现在较宽流量、水头范围内的工况调节,同时保证较高的能量转化效率。利用CFD仿真技术对工况调节方案的有效性进行了验证,结果表明:在0-25°的活动导叶开度调节范围内将实现多流量、多水头工况的覆盖式调节。 展开更多
关键词 水力涡轮泵 变工况 活动导叶 海水淡化 能量回收
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用于确定双吸离心泵Suter曲线的三维内特性法研究 被引量:4
12
作者 王玲 黎珉 +3 位作者 王福军 王家斌 姚春光 于泳水 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期113-122,共10页
水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维... 水泵Suter曲线是泵站水锤分析的必备条件之一。现有用于获取双吸离心泵Suter曲线的实测法具有难度大、成本高的特点,而间接插值估算法的精度又比较低,本文提出了一种通过水泵流场三维数值计算确定双吸离心泵Suter曲线的新方法,简称三维内特性法。该方法采用计算流体力学(CFD)技术,对双吸离心泵的水力模型进行三维造型、工况离散、流场计算及结果转化,以快速、准确地获取双吸离心泵Suter曲线,在正水泵工况、正水轮机工况、反水轮机工况、反水泵工况等工况下,计算出相应流量、转速、扬程和转矩关系。定量分析表明,相比于间接插值估算法,采用三维内特性法获得的Suter曲线中,Wh(x)的计算精度平均提高了39.2%,Wb(x)的计算精度平均提高了26.3%;在将采用该方法获得的双吸离心泵Suter曲线用于事故停泵工况水锤分析时,计算得到的系统最大压力降低了15.0%,管线发生汽化压力的范围缩减了81.4%,双吸离心泵的最大倒流量增大了11.9%,最大倒转速降低了6.1%,与实际测试结果更为接近。该方法为提高双吸离心泵站水锤分析精度提供了一种新技术途径。 展开更多
关键词 泵站 双吸离心泵 水锤 Suter曲线 三维内特性法
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