扭曲叶片双吸离心泵内部流场三维数值模拟

采用simple算法、kε-ap模型和混合四面体非结构网格在笛卡尔坐标系中对离心式污水泵内部流场进行了数值模拟,得出了污水泵内固体颗粒的流动规律以及固体颗粒的分布特征,为离心式污水泵的优化设计提供理论参考。

双吸三元扭曲叶片离心泵具有叶片形状复杂与多流道等特征,其三维造型涉及问题较多,在泵的三维造型中具有普遍性。为此,以gambit软件为设计平台,结合一个具体的双吸离心泵的造型实例,介绍了双吸离心泵扭曲叶片叶轮和螺旋形蜗壳等部件三维造型的方法,并给出了创建实体模型的详细步骤及三维模型图;此外,还简要说明了在gambit软件中建模需要注意的问题。

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。

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。

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。

采用激光扫描技术建立宁东供水工程双吸离心泵三维实体模型,并采用cfd技术,模拟泵内水流流动规律,确定水泵宜磨蚀部位,并利用经验公式预估其磨蚀深度,为泵站有针对性地开展抗磨蚀工作奠定了基础。

利用cfd软件fluent对1200s56型泵的不同工况作流场计算。计算采用雷诺时均方程和realizable湍流模型,压力和速度耦合采用simplec算法。得到不同工况下叶轮出口与蜗壳耦合面的静压分布,在将径相力简化认为叶轮周围流场对叶轮的径向作用力的基础上,提出离心泵径向力计算的数学模型,计算出各个工况下叶轮所受的径向力,其值与试验值比较接近。而经验公式存在较大误差,非设计工况时经验公式计算值偏大,设计工况时偏小。

利用cfd软件fluent对多级导叶式清水离心泵的内部流场进行了数值模拟,得出了叶轮及导叶内部流道的速度和压力分布规律,并发现了叶轮进口回流,出口的二次流动特征等叶轮内部流动的细节,导叶出口区产生了一个低压区等流动特征。然后根据自编计算软件利用计算得到的速度场数据计算出泵的扬程、功率、效率和流量之间的关系曲线,并与试验数据进行了比较。结果表明:在设计工况附近,预测值与试验值吻合较好,在其它工况点,特别是小流量工况点,误差较大。

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。

叶片水力模型提供的叶片表面型值点柱坐标不能直接用于ugnx三维造型。在叶片水力模型的基础上,给出计算叶片表面型值点直角坐标的算法流程,介绍沿轴面截线方向进行叶片三维造型的方法,简述基于ugnx平台的叶片三维造型二次开发的步骤,定义程序开发的数据结构,在支撑软件ugnx中程序化实现叶片的三维实体造型。实际使用结果表明该方法可以缩短叶片类产品的设计周期,提高设计精度。

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。

采用大涡模拟方法(les)和滑移网格技术,对双吸离心泵不同工况下的内部三维非定常湍流流场进行了数值模拟,研究了叶轮区域流场特性及叶片表面的压力脉动特性。结果表明,叶片区的压力脉动频率以叶轮转频为主,且压力脉动幅值随着偏离设计工况程度的增大而显著增加,尤其是在小流量工况q/qd=0.62下,压力脉动变化幅度最大,约为最优工况的3倍;设计工况下,叶片头部区域压力脉动幅值最大,约为静压均值的14%,分别比叶片正面中心处大86%,比叶片背面中心处大169%。

为了解多级离心泵首级叶轮内部流动特性,基于n-s方程和标准κ-ε湍流模型对三长三短复合叶轮和四长四短复合叶轮内部流动进行了数值模拟,获得了两种叶轮在额定工况及非额定工况下的内部流场分布并进行了分析。结果显示,四长四短叶轮可改善叶轮内部流场、提高叶轮吸力面压力,进一步阻止小流量下的脱流现象,有效提高了整个泵的扬程和效率及高效区。

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。

以双吸离心泵为研究对象,在fluent软件中采用标准k-ε模型、rngk-ε模型、realizablek-ε模型和雷诺应力模型4种湍流模型在相同网格条件下进行三维、稳态数值模拟,计算其在不同工况下的扬程及水力效率;然后以rngk-ε模型计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行三维、非稳态数值模拟,计算叶轮旋转一周的平均扬程及平均水力效率,与真机数据进行对比分析。计算结果表明:fluent软件在稳态计算的情况下,所采用4种模型均能够对双吸离心泵进行稳态数值模拟,且模拟的精度有差别,但总体与模型试验结果误差较大。使用稳态计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行非稳态数值模拟可以得到更为精确的结果,但大大增加了计算工作量。

026.基于FLUENT的离心风机内部流场三维数值模拟及节能改造研究

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。

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。

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。

以北赵引黄工程谢村站用多级双吸式离心泵为研究对象,基于雷诺时均n-s方程,采用sstk-ω湍流模型,压力速度耦合使用simplec计算,对泵内部流动进行了三维定常全流场湍流数值模拟,得到不同工况下该泵内部流动的速度矢量图等流场信息.在对其内部流动规律进行了定性分析的基础上,预测了泵的性能,并与现场测试结果进行了对比分析.分析结果表明:首级叶轮首级压水室以及次级叶轮次级压水室内流动较均匀；由于过渡流道的结构特点以及流动惯性,流体在首级压水室进入过渡流道时,在流道突然扩大区域形成了旋涡,旋涡区域大小与流量有关；预测扬程值与现场测试扬程吻合较好,预测扬程最大误差为2.7％,而预测的流量-水力效率曲线与现场测试流量-机组效率曲线变化趋势一致.水泵内部流动的数值模拟可为工程中泵设计阶段的性能预测和结构优化提供依据.

从现有的二维水力设计软件出发,依据叶片木模图、型值点数据,利用pro/ewildfire4.0软件,实现了扭曲叶片的三维造型,为后续对叶轮流道进行流场分析和叶片数控加工提供了模型基础。

为了比较定常多相位与非定常计算方法在双吸离心泵中的应用情况,文章对150s-50双吸离心泵内部湍流流场进行了模拟计算。数值模拟采用realizableκ-ε湍流模型,在7种工况下分别用定常多相位和非定常2种方法进行了模拟计算。在数值模拟的基础上计算出扬程、轴功率、效率。研究表明:用非定常模拟所得计算结果与试验值更为接近。图4表3参10