不同启动加速度下离心泵瞬态水力性能的试验研究

为了研究离心泵在不同加速度下的启动特性,对一台小型离心泵进行启动试验研究.介绍了试验装置、数据测试方法以及不同加速度的调节方法.在测试模型泵的稳态性能和基本瞬态性能基础上,测试和分析了不同启动加速度对瞬态性能的影响.结果显示,启动过程中,在转速到达最大值附近,瞬态扬程明显小于准稳态预测值,且不同加速度下两者的偏离明显不同;并且在各加速度条件下,瞬态工况到达泵的最佳效率工况点后瞬态性能得到提高.     

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.     

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.     

空化数对离心泵水力性能影响的数值研究

采用发展的Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和液相/气相界面跟踪方法的单相空化模型数值求解技术,开展了空化数对离心泵的水力性能影响特性的数值研究。在两种空化数下,数值预测的离心泵水力性能与试验数据具有很好的一致性,验证了数值预测方法的可靠性和实用性。研究了不同空化数下离心泵水力性能能头的变化规律和离心泵叶轮内附着空化空泡的形状变化特性。研究结果表明,离心泵内空化空泡尺寸随着空化数的降低而增加,离心叶轮附着空化空泡尺寸的增加降低了离心泵的能头,使得离心泵水力性能下降。     

离心泵快速启动过程外部特性的试验研究

介绍离心泵快速启动试验装置和试验方法,对一台出口直径为80 mm的小型管道离心泵进行试验研究,分别测试了试验泵的稳态性能和各项瞬态性能,比较分析了两者的区别。结果显示,启动过程中,离心泵的扬程紧跟转速到达最大值,转速稳定后的瞬态性能与稳态假设对应,流量和扬程的上升历程与管路阻力特性直接相关,而转速与其基本无关; 在启动初始阶段,无量纲扬程呈现很大值,继而迅速减小到低于稳态假设值,表现出明显的瞬态效应。     

离心泵启动过程瞬态特性与流动的实验研究

为获得离心泵在启动过程中的瞬时性能和内部非定常流动状态,建立了离心泵瞬态性能测试实验台。分别对启动过程的瞬时流量、扬程、转速和功率进行采集,同时采用PIV测试系统对叶轮上部二维瞬时速度矢量场进行了拍摄和记录。给出了三种转速下的瞬时外部性能和内部流动测试结果,并对瞬时外部性能和内部瞬时流动结构的演化进行了对比说明,同时分析和讨论了实验误差产生的原因。     

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。     

柴油机喷嘴入口圆角对线空化影响的试验研究

柴油机喷嘴内的线空化是一种呈现线状形态的特殊空化现象,具有高瞬态性。本文利用自搭建的稳态试验台,设计了双孔min-SAC比例放大喷嘴。并在稳定喷射压力和固定针阀升程条件下开展了试验研究。研究表明,随着喷射压差的升高,喷嘴内部线空化程度随之增加;喷孔入口圆角会影响喷嘴内部涡旋运动,进而影响线空化的分布特征;在高针阀升程下,几何诱导空化对线空化有促进作用;当喷孔入口存在倒圆角时,喷嘴内几何诱导空化被明显抑制,线空化分布特征明显不同。     

离心泵叶轮内空化流动的数值预测

采用发展的基于液相/气相界面跟踪方法和Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解技术的空化模型和算法,数值模拟了无空化和空化系数为0.07时离心泵水力性能与流量系数之间的关系,预测了离心泵叶轮内发生的多区域空化流动现象.研究结果表明,在空化系数0.07时,存在临界流量系数.此时离心泵水力性能突然下降.在空化系数0.07下,流量系数接近临界流量系数时,离心泵叶轮的压力面和吸力面均发生附着空化空泡,导致离心泵水力性能迅速下降.研究结果证明了所发展的空化模型和算法能够应用于离心泵空化流动时的性能预测.     

离心泵流量突增过程瞬态流动研究

为研究离心泵流量突增过程所表现的外部瞬态水力特性及其内部流动机理,对离心泵在管路阀门突然开启条件下的特性进行数值模拟和实验研究。测试了不同稳定流量下的离心泵外特性和内流场,验证了稳态工况下的仿真结果。在稳态实验与仿真的基础上,利用分离涡模型(DES)对离心泵流量突增过程的流场进行了数值模拟研究。结果表明,流量突增的瞬态过程的流量-扬程曲线明显偏离稳态值,其主要原因是流量变化引起的流体加速效应及泵内的旋涡结构的不断演化。