复合叶轮离心泵的全三维湍流数值模拟

提出旋转坐标下的单相液体湍流的二阶双系数动态亚格子应力大涡模拟模型并加以验证。考虑亚格子应力的对称性和量纲一致性,在基于应变率张量和旋转率张量的不可约量及smagorinsky模型和亥姆霍兹定理的基础上,提出亚格子应力应表示为可解的应变率张量和旋转率张量的函数。在贴体坐标系下,利用交错网格系统和有限体积法离散湍流控制方程,采用simplec方法求解方程。水泵叶轮中湍流的流速分布规律和压力分布等计算结果都与试验结果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性

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。

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。

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。

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nurbs方法对离心泵叶片进行建模,建立了离心泵叶片的空间样条曲线,并应用类流线方法对叶片进行优化,使叶片在保持原有形状的基础上更为光滑。结果表明,利用该方法建立的模型,可以真实完整地反映叶片的形状,优化后的叶片表面的褶皱和凹凸消失,为叶片的性能分析、数控加工等工作提供了方便。

基于reynolds时均化的n-s方程和标准的k-ε两方程湍流模型,运用流场计算软件fluent,在不同工况下对qw950-15-55型双流道污水泵叶轮蜗壳耦合流场进行了数值模拟研究,捕捉到了双流道叶轮内流的重要特征。依据计算结果,主要分析了设计工况时双流道叶轮内部的速度和压力分布情况。叶轮内压力分布与叶片式离心泵的数值模拟是类似的;在偏离设计的大流量工况,叶轮流道内的流动呈现明显的不对称性;叶轮内部流动为混合螺旋流,由轴向旋涡作用引发的相对速度旋涡的涡核位置靠近后盖板和压力侧;叶轮出口的压力和绝对速度分布呈现明显的周期性,其周期性与叶轮流道的周期性是对应的;静压周向分布的轴向不对称性较小,而速度周向分布的不对称性则较大。对比试验与数值模拟的扬程和水力效率值,数据基本吻合。

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。

应用标准k-ε湍流模型加壁面函数法对低比转数冲压多级离心泵叶轮内的三维湍流流动进行了时均n-s方程的数值计算。分析了叶轮内部流场的速度分布和压力分布,研究了离心泵叶轮通道内流动的规律。并利用cfd软件cfx的模拟结果得到了设计工况下离心泵叶轮的扬程和效率的预测值,预测结果与相关的试验数据相吻合。

离心泵的设计叶轮的设计

为研究离心泵启动过程中的瞬态流动,提出采用动网格方法求解边界移动引起的非定常流动的思想。首先通过对圆柱启动问题的模拟验证该方法的有效性,并分别采用3种湍流模式进行对比研究,结果证明了大涡模拟(les)的适用性;其次计算分析二维模型泵启动过程内部流动瞬态特性;最后实现了离心泵启动过程三维瞬态流动的求解,得到了内部瞬态流动的模拟结果。

大型双吸式离心泵转子结构庞大,局部存在形位洪差,叶轮捡修困难。叶轮合理的检修方法对于提高劳动生产

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。

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。

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。

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。

在工业生产中,尤其是在使用过大尺寸离心泵的场合,离心泵很难运行在最佳状态,因而提出了泵叶轮削减法来提高离心泵的运行性能。通过对1台离心泵的叶轮进行7次削减测试,用实验的方法总结了叶轮削减对于离心泵最高效能点的影响。此方法成功解决了因尺寸过大或节流导致超压的问题,效果显著,具有重要的应用价值。

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。

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.

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。