离心泵启动过程的涡动力学诊断

在离心泵启动过程内部流动数值模拟的基础上进一步深入分析瞬态流动结构,研究启动过程中泵内能量分布的合理性及其对瞬态特性的影响,采用涡动力学方法对启动过程瞬态流场分布进行诊断。分别采用过流断面总压流分布和边界涡量流的轴向分量分布表征流体能量变化和叶轮局部对流体做功的效应。并用过流断面总压流的值来分析叶轮机械能与流体能量的转化情况。本文给出了针对泵内非定常流场的诊断过程,并为泵启动过程的控制和优化提供参考和依据。     

基于Omega涡识别方法的离心泵内非定常流动数值评价

离心泵内部非定常流动与流场中生成的旋涡密切相关.本文采用Omega涡识别方法研究离心泵流场涡结构及非定常流动特性,阈值选择为0.51.分析得出LES湍流模型相对比其他两种湍流模型涡识别结果更为细致,对叶片流道中的小涡结构可以很好地捕捉.设计工况下,LES模型识别出的涡面积数值是DDES模型的1.15倍,是SSTk-ω模型的1.55倍.压力脉动受流场空间位置与工况影响较大,其主要激励为叶频,并且压力脉动强度与涡面积密切相关.叶轮出口处的涡结构周期性脱落,在隔舌处会撞击隔舌而破裂.离心泵动静干涉的产生与叶轮出口处的涡结构脱落有关.     

离心泵启动过程内部瞬态流动的二维数值模拟

为分析离心泵启动过程外部瞬态特性的内流机理,建立求解叶轮启动和加速过程泵内部非定常流动的数值模拟方法,以二维离心泵为模型进行启动过程内部流动的数值模拟研究.以绝对坐标系描述伞场流动,采用动网格方法实现离心泵启动过程中叶轮加速旋转引起的流场变形,选用人涡模拟(LES)描述湍流.分析了叶轮启动过程巾内部非定常流动结构和演化过程及其与外部瞬态特性的关系,并与准稳态假设下的流动模拟结果进行了对比分析,定性地分析了离心泵在启动过程中的瞬态效应,验证了采用动网格方法求解启动过程瞬态流动的可行性.     

离心泵非设计工况内部流动特性研究

以单级蜗壳式离心泵为研究对象,基于RANS进行了全流场的非定常数值计算,探讨了叶轮的非定常流动特征,重点分析了叶轮出口沿轴向变化的圆周面流域内各节点的压力分布特性。结果表明:在叶片压力面及叶片后缘尾迹区发生了剧烈的湍流脉动现象;不同工况下叶轮出口圆周方向的压力系数C_p均在隔舌附近产生极值;额定工况Q/Q_N=1时,叶轮出口圆周方向的压力系数C_p呈稳定周期性分布,随着工况的改变,压力系数C_p沿蜗壳周向分布不均匀性增加;小流量工况下叶轮流域内发生了明显的流动分离现象,流道内产生了较大尺度的分离涡,破坏了叶轮出口圆周方向压力系数C_p的周期性分布特性;叶轮出口圆周压力系数C_p沿中截面两侧的流域内几乎对称分布;在Q/Q_N=0.2小流量工况下,压力脉动频谱图低频段内出现了较多复杂的激励信号,认为这与流域内的分离涡结构具有一定关联。     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

离心泵叶轮叶片通道三元流场数值解法的一些研究(与解析解的对比)

一、前言 离心泵叶轮设计时宜采用数值方法计算叶轮叶片通道中三元流动参数分布,据之进行选型.故需对叶轮叶片通道三元流动参数数值计算方法进行研究.在吴仲华教授两类流面理论基础上,准正交面法可以用微型计算机以较少的计算时间求得三元流场数值解,并巳用于很多离心压气机叶轮设计选型,取得了显著的效果.     

离心泵瞬态操作条件下内部流动的数值模拟

为研究离心泵在瞬态操作条件下的内部非定常流动演化过程,分析外部瞬态特性的内流机理,采用滑移网格方法对快速启动过程中的离心泵内部流动进行数值模拟.建立了包含循环管路和泵在内的完整系统模型,分析了叶轮从静止到最高转速的瞬态过程的流动演化,比较了管路阻力特性对瞬态特性的影响,探讨了数值方法对求解三维瞬态流动的适应性.分析结果表明,基于非定常流动分析的瞬态外特性预测结果与实验结果能较好吻合,所采用的计算方法和得到的结果为瞬态操作条件下离心泵内部流动的诊断和优化建立基础.     

周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究

本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。     

多级离心泵内叶轮出口压力脉动研究

为研究瞬态工况下离心泵叶轮出口处的压力脉动情况,为离心泵泄漏流道流动提供边界条件,建立了包含叶轮和导叶流道的离心泵模型,基于CFD方法计算得到了其在不同工况下的性能参数,利用测试数据对结果进行了验证。分析了瞬态工况下叶轮出口处压力的变化趋势,比较了不同工况对叶轮出口压力脉动的影响,发现叶轮出口压力随叶轮旋转呈周期性变化,压力脉动频率与转速及叶轮数量有关;偏工况时叶轮出口压力脉动趋势与额定工况基本一致,但脉动频率及脉动幅值有较大区别;随离心泵转速增加,叶轮出口处压力脉动的最大值和最小值均呈减小趋势,但幅值随转速增加而增加,且增幅明显。     

多级离心泵半开式叶轮参数优化的数值研究

为了改进和完善多级离心泵的性能需求,本文采用CFD(计算流体力学)方法,建立了包含叶轮、导叶、叶轮前后间隙、密封口环和平衡孔的三维全流道实体模型,重点对叶轮结构进行了参数化的分析与研究,比较了不同参数的叶轮对多级离心泵的性能影响,基于模拟结果给出了改善低比转速多级离心泵性能的结构和设计建议,该数值方法的提出和完善可为多级离心泵的水力性能提高提供参考和依据。     

离心压气机叶尖间隙泄漏流动数值研究

采用离心压气机计算机辅助设计系统,设计了一个离心压气机叶轮,对这一叶轮在不同叶尖间隙下内部流场进行了数值计算。给出了不同弦长截面二次流矢量、二次流流以及机匣壁面极限流线等计算结果。结果表明叶尖间隙的大小与泄漏流动的强度密切相关。分流叶片的泄漏流动随着叶尖间隙的增大而增强。通道涡与合适的叶尖间隙所形成的泄漏涡相互作用可以削弱泄漏强度,改善流动。     

叶轮机械内的分离旋涡流动

本文首先从粘性流体流动的基本涡量方程入手,对产生于旋转叶轮机械内的各类旋涡流动进行了深入细致的分析;在此基础上,分析描述了水洞模拟中典型叶片通道流场的各种分离旋涡流态,并对比了不同处理方法下这些旋涡流态的变化。通过上述的理论分析,以及结合实验研究工作中的结论,提出了减小旋转叶轮机械内分离旋涡流动的五点方法和结论,这些方法和结论对航空发动机和民用叶轮机械均有实践指导意义。     

离心泵三元扭曲叶片设计的研究

本文参照离心压缩机三元扭曲叶片的设计方法,发展了一种离心泵叶轮三元叶片的设计方法。采用液流角动量作为控制叶片弯扭规律的参数,考虑流动分离对叶片中心面形状的影响,对沿轮盘、轮盖处相对流线上角动量分布形式的确定原则进行了分析与改进。通过引进叶轮水力效率来计及粘性的综合影响,使基于平均S2m流面反问题的计算方法更符合实际情况。最后对一离心泵的叶片进行计算,得到了较好的叶片形式。     

分半错列离心叶轮对泵压力脉动特性的研究

为了减小离心泵的压力脉动,本文提出了一种新型分半错列叶轮结构,将叶轮分半错列,错列角度分别为10°、20°与30°,以比转速为69的离心泵为研究对象,对原模型、叶轮分半错列10°、20°与30°模型进行不同工况下数值计算,获得了泵水力性能与内部压力脉动特性。通过对比分析发现：相比与原始模型,采用分半错列叶轮能有效提高离心泵水力性能;当叶轮分半错列30°时,泵性能提升最大,叶轮与蜗壳间动静干涉作用大幅下降,泵内压力脉动能量降低。研究表明,分半错列离心叶轮是低噪声泵设计可采用有效途径之一。     

不同叶轮形式下离心泵噪声特性对比研究

针对具有无短叶片和有短叶片两种叶轮形式的离心泵,对设计状态下离心泵内部流场进行了全三维、非定常数值模拟,对比分析了其非定常流场特性和噪声辐射特性。流场分析表明:叶轮叶片和蜗舌的相互作用造成了叶片表面强烈的压力脉动,对长短叶片的叶轮形式,在局部增加长叶片表面压力脉动的同时,短叶片表面的压力脉动保持较低水平;同时能够有效降低泵体进口压力脉动,但出口压力脉动有所增强。以叶轮叶片表面作为声源辐射面,对比分析了两种叶轮的偶极子噪声辐射特性,结果表明:长短叶片结构通过改变声能在频域上的分布,从而能有效降低总声压级。      

不同叶轮结构的离心泵水力性能试验

本文通过试验分别测量了在同一转速的径向叶轮和弯曲叶轮式离心泵在输送水和碘化钠混合溶液介质时的水力性能,以及在不同转速下弯曲叶轮泵的外特性。结果表明,在试验测试范围内,同一流量下,弯曲叶轮泵的性能比相同轴面流道的径向叶轮好。对于输送不同溶液的性能差异现象,径向叶片叶轮泵表现得更明显。文中所研究的超小型泵,在不同转速运行时,机械磨损对泵的影响不相同。     

低比转速离心及旋涡冷媒泵性能预测研究

利用损失模型及计算流体力学方法对低比转速R32离心和旋涡泵性能预测进行研究,结果表明:损失模型与计算流体力学方法预测出的性能曲线吻合较好;低比转速离心泵中轮阻损失占总流动损失的80%以上,对泵性能有重要影响;旋涡泵的纵向旋涡强度随流量增大而减弱;离心泵比旋涡泵具有较宽的运行范围,在小流量情况下旋涡泵比离心泵具有较高的效率和扬程。研究工作对丰富低比转速泵流动理论与设计方法具有参考价值。     

离心泵叶轮内气液两相三维流动数值研究

本文采用欧拉模型对离心泵叶轮内气液两相泡状流动进行了数值模拟。分析了叶轮内压力、速度等的分布规律,发现在靠近轮盖侧吸力面入口附近压力较低,气液两相速度较大,气泡容易凝聚而导致含气率较高;靠近轮盘处含气率较低。分析了不同进口截面含气率对叶轮内部两相流动的影响机理,建立了进口截面含气率对内部相态分离及泵外特性的影响关系。     

基于(火积)耗散极值原理的管外流场优化

本文基于(火积)耗散极值原理得到了对流传热的优化场协同方程,用Fluent数值模拟求解层流状态下的管外流动换热的优化流场。得到了管外流动的优化速度场为多纵向涡结构形态,对优化流场进行分析,发现优化流场的综合换热效果远远高于原型流场。通过在管外添加扰流片的方法,来产生带有纵向涡的流场,达到优化管外流动传热的目的。数值模拟结果表明,添加扰流片在一定程度上可以强化管外对流换热。     

轴流式血泵分流叶片的多性能影响机理研究

针对人工心脏血泵中最为核心的叶轮结构,为得到其分流叶片对微型轴流式血泵水力性能及溶血性能的影响机理;设计了有、无分流叶片的两种血泵叶轮,通过模型仿真分析了二者流场的差别,采用粒子追踪法预估对比了两种模型的溶血性能;并进行了样机的体外循环性能实验分析。研究结果表明:分流叶片可使微型轴流式血泵流场速度和压力等参数的分布和变化更趋合理,降低了血泵流场的不稳定程度;使得血泵可在较低的溶血伤害水平下达到人体血液循环的性能要求。