空间导叶离心式潜水泵全三维流场的数值模拟

针对同一叶轮配不同导流器,通过试验分析,探索提高潜水泵效率的途径。以250qj125型潜水泵配两种导流器为例,通过cfd数值计算,预测出潜水泵的性能,将解析法求得的潜水泵最佳工况点与模拟试验结果进行了比较,其结果较为吻合。经对两种导流器内部的速度场和压力场分析,提出了增加导流器长度、增大导叶片进口冲角和壁角等方法可提高潜水泵的效率。

为了提升双吸离心泵的性能,研究其内部流动规律,采用rngk-ε方程湍流模型和标准simple算法对某一扭曲叶片双吸离心泵全流道进行了cfd分析,并与实验值进行比较。结果表明,该方法能够较为准确地预测出双吸离心泵叶轮与蜗壳间及内部的流动特性,所得结果对进行双吸离心泵的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义。

使用fluent软件模拟计算具有长短叶片叶轮的离心泵的全三维流场。选用多重参考坐标系及标准k-ε湍流模型,计算对包括导入管、叶轮、泵壳及出水管在内的整个离心泵系统。计算结果表明,在大部分长短叶片的通道内,射流区偏向于叶片背面,尾迹区则位于叶片工作面出口附近。泵叶轮各通道的流量、流速及压力等流动参数的分布表现出明显的非对称性,流动参数的大小与叶轮、泵壳的相对位置密切相关。将泵性能的预测值与实测值作了对比,以验证计算结果的准确性。

本文使用fluent软件选用多重参考坐标系及标准κ-ε湍流模型,模拟计算具有长短叶片叶轮的离心泵的全三维流场,计算包括吸入管、叶轮、泵壳及出水管在内的整个离心泵系统。计算结果显示,在叶轮的大部分长短叶片的通道内,射流区偏向于叶片背面,尾迹区则位于叶片工作面出口附近。泵叶轮各通道的流量、流速及压力等流动参数的分布表现出明显的非对称性,流动参数的数值大小与叶轮、泵壳的相对位置密切相关。本文还将泵性能的预测值与实测值作了对比以验证计算结果。

选取工业中常用的df型多级离心泵作为研究对象,数值计算使用了fluent软件及其rngk-ε湍流模型和多重参考坐标系,实现了节段式多级离心泵任意一整级(包括叶轮导叶在内)的全三维流场的数值模拟。模拟结果显示在叶轮出口与导叶入口衔接处,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体逆叶轮旋转方向运动。液流的静压值在正导叶出口附近达到泵级内最大值,进入反导叶后因沿程出现的水力损失静压值略有降低。计算结果得到了泵外特性实测值的验证。

潜水搅拌机是污水处理的专用设备,目前对该搅拌器的检验、性能比较、优化设计等方面的研究,采用的是试验的方法,而应用数值模拟软件优化潜水搅拌的研究很少。应用cfd软件,利用多重参考系法(mrf),对潜水搅拌机的三维流场进行了数值模拟计算,分析并研究了潜水搅拌机的流态特性,计算了湍流状态下潜水搅拌机的功率准数,并得到了功率曲线,为潜水搅拌机的实际工程应用提供了参考依据。

针对离心污水泵内固液两相流动比较复杂的情况,用含沙水为工作介质,通过改变沙粒粒径和含沙水颗粒浓度的方法,对小粒径颗粒在离心污水泵内的流动进行了数值模拟。借助弄清内流场的速度、压力与颗粒分布,分析了粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口初始颗粒浓度对泵内压力和固相分布的影响,得出压力沿叶轮吸力面和压力面的分布规律以及固体颗粒沿叶片吸力面和压力面的分布规律,并在此基础上得出了离心污水泵叶轮的磨损特性。

在总结国内优秀水力模型基础上提出15≤n_5≤36离心式潜水电泵设计方法。列举n_5=15.8的成功水力设计实例。

利用fluent软件和雷诺应力模型(rsm)对装有分流型芯管的导叶式旋风管内部三维强旋湍流流动进行了数值模拟计算,尤其是将入口环形空间和芯管内的气相流场数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,数值模拟值与实验值吻合较好。部分气流通过芯管上的细长开缝进入芯管,实现气体的分流,通过两股不同方向旋流的相互作用,使得芯管内气流的旋转速度降低。

对一种典型的离心式通风机进行了整机内部流场的数值模拟,通过划分计算区域、选择合适的计算网格、采用合理的湍流模型和边界条件等方面的处理,得到了一种计算值与试验值相当吻合的一种数值模拟方法。在此基础上对计算结果中出现的二次流以及边界层分离等现象进行了分析。

运用cfx流动软件的滑移网格和标准的k-ε湍流模型对工业中常用的dl型多级冲压离心泵整级进行了全三维瞬态流场的数值模拟,分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题。滑移网格分别设置在多级离心泵叶轮出口、固定导叶入口与泵内流体之间的交互界面,对每个时间步求解流动方程。在任一个叶轮旋转周期内,分析叶轮入口和出口的总压值出现脉动信号频率与叶轮叶片数的关系。分析了叶轮入口和出口处总压波动的幅度。该三维非稳态模拟结果为多级冲压离心泵的水力优化设计提供了依据。

利用fluent软件,以三维时均n-s方程和标准两方程湍流模型为基础,采用simple算法,对离心式通风机内部整机流场进行了三维数值模拟并分析了其内部流动特征。数值模拟结果显示,离心式通风机内部流场存在着明显的不对称性,各个叶轮流道的压力和速度分布并不相同。最后利用五孔探针流场测试系统试验台,使用mgs通风机实验数据采集系统和数据处理系统实验验证模拟流场的准确性,并通过改变风机的出口尺寸,对整体风机的性能分析,为离心式通风机的优化设计提供了依据。

利用有限元分析软件数值求解不同工况下混流泵的内部流场,了解前置导叶调节工况的基本规律,以改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。在叶轮叶片进口部位读取液流流入叶轮时绝对液流角、相对液流角、和绝对速度圆周分量的值,分析其随前置导叶安放角改变而变化的规律。结果表明,叶轮进口绝对液流角小于前置导叶安放角,流量越小相差的幅度越大;大流量工况下进口预旋调节的效果比小流量工况更为明显;在一定流量范围内,通过进口导叶调节使得叶轮进口液流满足无冲击进口或者较小冲角进口条件,可有效地改善混流泵在非设计工况的水力性能。

以hd400-160×2型石油化工流程泵首级双吸式叶轮的设计参数为依据,建立标准k-ε湍流模型,并通过simpl算法进行速度压力耦合对叶轮内部流场进行数值模拟。得出了其压力和速度的分布规律,揭示了其内部流动的主要特征,获得了与实际情况相符的流动细节,由此可以对双吸式叶轮内的流场有定性的认识。

流体机械的设计方法和思想都来自于大量实验,通过这样的方法能够得到较好的风机基本技术参数,但对通风机内部流场的认识还有待于进一步的研究。随着流体力学理论,特别是计算流体力学(cfd)方法的发展,将传统设计模式中的复杂、耗时的部分,可以用先进的cfd技术代替,利用计算流体力学进行数值模拟已逐步成为了解流体机械内部流动状况的重要手段。通过这种"数字仿真"可以充分认识风机内流动规律,从而为改进设计提供了有效可靠的依据,大大减少了实验的工作量和费用。

为了分析离心式水泵内三维不可压缩流体的相关特性,以便更好地利用其结果对离心式水泵进行设计与修正,运用cfdesign流体分析软件,对离心式水泵内三维不可压缩湍流的流动进行了数值模拟,分析了离心式水泵吸入室、涡室内流体不同截面处的压力及速度特性,并得到了泵的流量及扬程值,其结果与实验值达到了很好的吻合。

利用目前最新的多尺度激光扫描技术手段获取大型双吸离心泵全方位的真三维数据,建立双吸离心泵的三维可视化模型。该技术在用于获取复杂外形实体数据时比传统测量方法更为精确和快速。泵的真三维模型数据成果,可用于泵的逆向工程建模获取cad模型,进行全方位立体三维展示和工业制造;还可通过对泵的过水部件的水体模型提取,进行计算流体动力学(cfd)分析,用于泵水力结构的优化设计。

离心泵是重要的船用机械配套设备，计算机技术的发展和功能强大的三维制图软件为构造具有复杂曲面的离心泵蜗壳及叶轮流道提供了极大的便利。本文在逆向工程思想的指导下，结合三维激光扫描仪、相关点云处理软件和三维cad软件，精确地构建出离心泵的三维模型。建立泵的三维水力模型，利用cfd方法分析其内部流动现象和规律。将离心泵性能预测值与试验值进行比较，结果表明两者符合的很好，为泵的结构优化和性能提升打下了基础。

利用商业软件fluent对离心式引风机内部流场进行数值模拟,以n-s方程和rngk-ε模型为基础,采用拉格朗日颗粒轨道模型,得到离心式引风机内颗粒沉积情况,采用气流吹扫方法,并比较不同吹扫速度下的吹扫效果,为解决颗粒沉积提供一定的参考。

在双吸离心泵的设计中,半螺旋形吸入室应用极为广泛。该文运用流场计算软件fluent,基于reynolds时均方程和rngk-ε湍流模型,对双吸离心泵半螺旋形吸入室的流场进行了三维模拟。模拟结果显示流场速度变化较为均匀,表明这种半螺旋形吸入室作为双吸离心泵的吸入室是合适的。

通过fluent前处理软件gambit对md40-6.3多级清水离心泵的导叶进行三维建模,生成网格,利用fluent对设计工况下的三维紊流场进行了计算,得知:速度流经扩散段逐渐减小,压力逐渐增大,从反导叶出口的速度值可以看出反导叶出口的速度大于下级叶轮进口速度,且出口处产生了旋涡,并且在压力图上可以看到在出口区产生了一个低压区等流动特征.以此证明了此反导叶设计的不合理,为改进其线型、轴间震度及叶片厚度的变化规律提供了依据.

为了提升潜水轴流泵的性能,研究其内部流动规律,采用标准κ-ε双方程湍流模型和压强连接的隐式修正simplec算法对国产zq2870c-4潜水轴流泵全流道进行了cfd分析,得出流道内叶片、导叶表面速度、压力分布规律,依此分布规律指出了该泵轴面流道及叶片设计存在的不足,应对叶片、导叶型线以及导叶部分轴面流道形状进行适当的调整.根据泵进出口速度、压力分布规律,预测了泵的能量特性曲线,实验表明:预测的结果较为理想,但在偏离设计工况下的湍流模型还需要做进一步的研究.