流动参数对混输泵全流道内气液相间作用特性的影响

为了解流动参数对混输泵内气液相间作用特性的影响,针对不同进口含气率(3%、9%、15%)、不同流量(0.75Q_d、Q_d、1.25Q_d)和不同进口气泡直径(0.1 mm、0.4 mm、0.7 mm、1.0 mm)条件,利用ANSYS CFX对一叶片式气液混输泵进行了全流道数值模拟。计算结果表明:不同进口含气率下,泵内气液相间作用力中均是阻力起主导作用,湍流弥散力大小可忽略;随进口含气率增加,各相间作用力逐渐增大,且叶轮内相间作用力的增大幅度大于导叶。当Q=0.75Q_d时,叶轮进口处阻力、附加质量力、升力以及叶轮内阻力均出现了明显增大。同时,进口气泡直径增加,叶轮内阻力、附加质量力和升力均增大,而导叶内相间作用力的变化相对较小。     

介质黏性对叶片式气液混输泵两相流动特性的影响

为了解介质黏性对气液混输泵外特性、流场及相间作用特性的影响,选取air-water和air-crude两组介质,基于ANSYS CFX对一叶片式气液混输泵进行了数值模拟,且对相间作用模型中最为主要的阻力模型进行了修正,大大提高了较高进口含气率下的模型预测能力。由于原油的黏性较大,流动损失增加,使泵的效率和增压均相对较低。当介质为air-water和air-crude时,四种相间作用力中均是阻力占主导,湍流弥散力与阻力相比其大小可以忽略,但介质为air-crude时的气液相间作用力相对较小.     

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。     

旋转两相流动的计算方法及应用

本文以近年来国内外正在研制的航空气心泵为例,从分析其流动过程出发,建立了气-液两相流动的物理模型和数学模型,采用SIMPLE计算思想进行适当地改进和补充,得到了用于旋转流场两相流动的计算方法和相应的计算程序,并用实验加以验证,结果较为满意。计算和实验的误差<13~19%。这种方法不仅适用于气心泵叶轮流场的计算,也可望能用于其他旋转体系内两相或单相流场的计算。     

含气率对深海多相混输泵性能影响的数值研究

本文采用CFD数值模拟方法对全新自主设计的混流式深海多相混输泵,分别在单相纯水与空气-水两相工况下开展数值模拟计算工作。单相条件下研究了混输泵在3000 r·min~(-1)、3500 r·min~(-1)与4000 r·min~(-1)三种转速下的增压特性与水力效率随液相流量Q_1变化规律;两相条件下对混输泵进行了恒定液相流量Q_1改变混输泵入口体积含气率GVF与恒定GVF改变Q_1的两相增压性能预测,GVF变化范围为0～10%,Q_1变化区间为5～90 m~3/h。研究结果表明GVF在10%以内,该混流式混输泵空气-水两相混输增压性能良好,能够保持安全高效稳定运行,发现扩压器入口处导叶叶片吸力面局部区域气体积聚是导致混输泵增压性能随GVF增加而轻微下降的主要原因。     

湍动雾化射流液雾粒径分布的数值模拟

对水在空气中湍动雾化射流的气液两相流场进行了数值模拟.其中,气体流场采用k-ε湍流模型进行模拟,给出了载气轴向速度的分布情况.对喷雾粒子的运动采用颗粒轨道法,建立粒子破碎和碰撞的数值模型,研究了液雾粒径在不同工况下沿轴向的变化趋势.数值模拟结果与实验结果在多种气液比下进行了比较,两者吻合较好.同时,分析了初始粒径和粒子总数及喷嘴尺寸对液雾粒径变化趋势的影响,讨论了有助于粒径均匀分布的条件.     

管线中气—液两相流动数值模拟

石油、天然气开采和输运过程中大量使用管道输运。在天然气的输运过程中，常常会有凝析成份析出，构成气液两相流动。在海洋、沙漠边际油藏开采中，为了节省投资和运行费用，也倾向于采用油气混输方案。气液混输技术在石油工业中有着重要的发展前景。为了发展具有我国自主知识产权的稳态、非稳态管线气—液两相流动数值模拟软件，我们使用双流体模型，建立了一维气—液两相流动的非线性数学模型，并使用时间相关法求解了非线性方程组，对若干算例进行了数值模拟。     

无轴双吸式血液泵内部流动分析

基于带有叶轮转子的双吸叶轮的概念,设计了一种新型无轴双吸式血液泵。为了研究血液泵的水力性能和溶血性能,对设计工况下血液泵进行了三维非定常数值模拟,同时考虑作为人类心脏用时的搏动流工况,以此为边界条件计算分析了搏动流工况下的内部流场的速度、压力和壁面剪切应力分布以及对泵运行稳定性的影响。数值计算结果表明,搏动流工况下,实现泵流量与扬程的波动输出,与非搏动流相比,其压力稳定性较差。该结果为血液泵在人工心脏、人工透析等现代机械辅助系统的应用提供有益的参考。     

旋流泵内部盐析两相流速度场的PDPA实验

以旋流式模型泵内部氯化钠盐析两相流场为研究对象,采用相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对该泵在最优工况下的两相速度场进行了测量,给出各相在无叶腔及叶轮内部的三维速度及其对应的脉动速度分布曲线.通过对两相的周向速度、轴向速度及径向速度分布情况的分析,揭示了该型泵内盐析两相流速度场的分布特征.泵内同时存在循环流与贯通流,是强制涡旋和自由涡旋的叠加,与前人提出的流动模型相符;在叶轮进口处,液流已有强力预旋;随着半径增大,两相的周向和轴向速度呈现先增大后减小趋势,而径向速度先减小后增大,对应的脉动速度变化趋势则相反;泵内两相速度及脉动速度有滑移,但差异总体上并不显著.本文的研究有助于进一步认识盐析与流动的关系.     

径向导叶对混流式核主泵水力性能的影响

基于三维不可压缩流体的N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用流体计算软件ANSYS-Fluent对设计工况下,不同导叶数及导叶进口边位置的混流式核主泵水力模型的三维湍流流场进行了数值模拟,研究了导叶进口边位置及导叶数对混流式核主泵模型水力性能的影响。计算结果表明:随着导叶数的增加,当导叶数为奇数时,泵的计算扬程和水力效率值都有所增大,且水力效率值增大的趋势在减小;导叶数为偶数时,泵的计算扬程和水力效率值先减小后增大,在导叶数为16片时,泵的计算扬程和水力效率值最小。随着导叶进口边与叶轮出口边夹角θ的增大,泵的计算扬程和水力效率值先增大后减小,当θ=14°时,模型泵的水力性能最好。研究结果可用来了解混流式核主泵水力模型的内部流场特征,并为其高效水力模型优化设计提供有益参考。     

螺旋轴流式多相泵外特性实验研究

本文在建立多相混输泵实验装置的基础上,以自行设计的螺旋轴流式多相泵原理机为实验研究对象,分别以纯水、空气—水为实验介质,系统地研究了多相泵的泵轴转速、进口压力、混合物特性等对多相输送性能的影响,为多相泵的进一步开发研制及完善设计提供了试验资料。     

离心泵蜗壳内旋涡流动的数值研究

采用"冻结转子法"处理叶轮与蜗壳间动静耦合流动的参数传递和相互干扰问题,研究了蜗壳进口周向非均匀来流对其内旋涡的演化发展的影响。分析表明,叶轮与蜗壳的干扰所造成的蜗壳进口周向流动的不均匀性是非常强烈的,整个蜗壳内的流动是以旋涡形式向出口推进的,且随工况的不同表现不同的演化过程,从而导致蜗壳内较大的流动损失。同时也说明只有考虑蜗壳来流的非均匀性影响,才能准确地模拟其内的旋涡运动。     

CFD在双吸式离心泵优化设计中的应用

针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求,效率偏低的情况,对该泵内部三维湍流进行了数值模拟,通过对泵内流场和总压变化过程的分析,找出了该泵达不到设计要求的原因,提出了切割叶轮进口以扩大进口面积的改进方案.对改进后的泵内部流场进行了数值模拟,并与改进前泵内流场数值计算结果进行对比,性能预测表明改进后的泵基本达到了设计要求.在此基础上,对改进后的泵进行了实验测试,结果表明上述改进措施是有效的,数值模拟方法为水泵的优化设计提供了有力工具.     

Vibration Control of Vertical Turbine Pump by Optimization of Vane Pitch Tolerances of an Impeller Using Statistical Techniques

The objective of the study is to find the tolerance on vane pitch dimensions of a Vertical Turbine (VT) pump impeller. For this purpose, the study is divided into two parts viz. to find the critical hydraulic eccentricity of a VT pump impeller by way of numerical simulations and design of experiments to find the vane pitch tolerance using critical hydraulic eccentricity. The effect of impeller vane pitch deviations on hydraulic unbalance is examined for a vertical turbine pump using Design of Experiments (DOE). A suitable orthogonal matrix has been selected with vane pitch at different axial locations of an impeller as the control factors. Hydraulic eccentricity, which is the output of the DOE experiments is analyzed using S/N ratio, ANOM and regression analysis to find the significant control factor effecting the hydraulic unbalance and hence vibrations. The vane pitch deviation at outlet and inlet of impeller shroud geometry are found to be the most critical factor affecting the pump vibrations.     

Analysis of Two-Phase Cavitating Flow with Two-Fluid Model Using Integrated Boltzmann Equations

In the present work, both computational and experimental methods are employed to study the two-phase flow occurring in a model pump sump. The two-fluid model of the two-phase flow has been applied to the simulation of the three-dimensional cavitating flow. The governing equations of the two-phase cavitating flow are derived from the kinetic theory based on the Boltzmann equation. The isotropic RNG$k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model of two-phase flows in the form of cavity number instead of the form of cavity phase volume fraction is developed. The RNG $k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model, that is the RNG$k-\epsilon$ turbulence model for the liquid phase combined with the $k_{ca}$model for the cavity phase, is employed to close the governing turbulent equations of the two-phase flow. The computation of the cavitating flow through a model pump sump has been carried out with this model in three-dimensional spaces. The calculated results have been compared with the data of the PIV experiment. Good qualitative agreement has been achieved which exhibits the reliability of the numerical simulation model.     

Numerical simulation of the two-phase flow produced by spraying a liquid by a nozzle

A numerical experiment on the simulation of the two-phase flow formed during spraying of a liquid by a nozzle has been described. The radial and axial velocity profiles of the droplets and gas in the free spray and in the two-phase flow through a cylindrical apparatus have been calculated and represented taking into account the early drag crisis of droplets and peculiarities of turbulent friction in the gas, which was detected in previous experiments. The distinguishing feature of the numerical model of the two-phase flow is that it employs the differential equations describing the nonstationary flow of a compressible gas as the initial equations. In transition to their difference analog, the familiar Lax–Wendorff algorithm has been used. A comparison of the results of calculations based on this model with experimental data has demonstrated their concordance.     

旋流泵内颗粒分布及对盐析特性的影响

对旋流式模型泵内部两相流场进行了非定常计算,获得了盐析晶体颗粒在泵内的体积浓度分布结果,并对颗粒迁移规律进行了分析.旋流泵内晶体颗粒浓度分布较稳定.在叶轮内,颗粒集中于叶片工作面附近;无叶腔中,颗粒更易向蜗壳壁面迁移.无叶腔内的浓度远大于叶轮内,且呈良好的轴对称分布.颗粒存在提供了二次成核与非均相成核的机会,加速了盐析进程.泵内盐析层最初在蜗壳内壁及叶片工作面形成并不断增厚,最终堵塞流道.     

螺旋轴流式多相泵流动参数设计值探讨

本文在对螺旋轴流式多相泵高速试验的基础上,通过三级多相泵输送性能情况来分析动态参数进口冲角、相对液流角和比转速在设计时对增压单元参数的影响,从而改进增压单元的设计,使多相泵能具有更好的输送性能。