旋喷泵集流管进口形状对水力性能的影响

康元:揭开了小流程、高扬程旋喷泵的神秘面纱

利用cfd数值模拟和试验两种方法,以y80—100低比转速离心泵为研究对象,分析了离心泵叶轮出口盖板形状与水力性能的关系,对传统的圆弧形盖板和新型的直边型盖板进行了研究.从理论上分析了直边型盖板对离心泵性能曲线的影响.利用有限体积法对雷诺时均navier-stokes方程进行离散,选用rngk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用simple算法,对两种水力模型在7种不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果重点分析了小流量工况下两种模型内部流场的动压、静压分布情况,并绘制性能曲线,预测曲线与试验曲线基本一致.研究表明:新型的直边型盖板具有消除性能曲线驼峰,提高泵的流量、扬程的特点.研究成果有较好的实际工程应用价值.

针对中央空调中广泛使用的多翼离心风机,设计了一种新结构的椭圆形进口集流器,实验研究了这种集流器对风机性能的影响.研究结果表明:适当增加集流器出口面积有利于改进风机的气动性能,但同时噪声有所提高;相比传统集流器,具有合理参数及安装位置的椭圆形集流器能够更好地提高风机的综合性能.当椭圆形集流器的偏心角θ为0°、偏距比ε1和ε2均为0.067时,风机在变转速工况范围内的风量增加了8.8%～12.8%,总效率提高了1.7%～4.6%,噪声降低了0.4～0.6db;当θ为30°、ε1和ε2均为0.067时,风机风量增加了2.5%～6.0%,总效率提高了0.6%～1.4%,噪声降低1.2～1.5db.实验结果为改进前向多翼离心风机的性能提供了一条可以继续探索的途径,也可为完善该类风机的设计方法提供参考.

为研究混流式核主泵内部流动情况,提高核主泵的水力效率,对不同结构导流体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,研究导流体结构对混流式核主泵模型水力性能的影响。结果表明：对于只加导流环、导叶叶片对称布置的导流体模型泵,当导流环方案为l=15mm、θ=15°时,模型泵水力效率值最高;对于不加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,当γ1取24°时,模型泵水力效率值最高;对于加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,当导流环方案：l=15mm、θ=15°、导叶叶片布置方案γ1=24°时,模型泵水力效率值最高。研究结果揭示了不同结构导流体对核主泵模型泵内部流场的影响规律,为高效水力模型优化设计提供参考。

利用cfd数值模拟方法代替传统水力性能试验对不同结构参数尺寸的齿形迷宫滴头流道内流场进行模拟计算,充分发挥其快速、低成本的优势,选取流量系数、流态指数和水头损失系数3个指标来分析齿形迷宫滴头流道结构参数对滴头工作性能影响的规律。结果表明,齿角度α对流量系数的影响最大,其次是偏差量j,齿高h对其影响最小;齿角度α对流态指数的影响最大,其次是偏差量j,齿高h对其影响最小。

后置导叶作为斜流泵的主要过流部件,在改善叶轮出口流场及对斜流泵水力特性影响起着重要作用.为研究不同后置导叶结构对斜流泵水力特性的影响,根据长短导叶位置匹配建立3种复合型导叶结构方案,每种方案分别选取0.6q-d、0.8q-d、1.0q-d、1.2q-d和1.4q-d五个流量工况条件进行cfd数值计算,通过效率、扬程以及内部流场状态的分析,结果显示:不同位置的短导叶结构对水力特性影响较大,设计流量工况下,短导叶在后置导叶流道的进口处流场相对平顺,出口漩涡较小,整体水力性能较好;但偏离设计流量工况下,短导叶在后置导叶流道的出口处的整体水力性能较好.研究结果可为斜流泵导叶结构设计提供参考.

研究了异形喷嘴对变量喷头水量分布的影响。依据面积相同原则设计多种形状的异形喷嘴,测量了异形喷嘴的流量系数、射程和末端水滴直径,得出星形喷嘴射程降低较少,不同压力时水量分布规律相近,可改善低压力下均匀度。对比了星形喷嘴变量喷头和圆形喷嘴变量喷头的水力性能,星形喷嘴变量喷头远射程处平均喷灌强度为近射程处的85%,圆形喷嘴变量喷头远射程处平均喷灌强度为近射程处的79%,星形喷嘴变量喷头水量分布优于圆形喷嘴变量喷头。分析比较了变量喷头水量分布等值线图,结果表明,星形喷嘴变量喷头的水量分布均匀度好于圆形喷嘴变量喷头,方形喷洒域的均匀度好于三角形喷洒域。

随着输配水管网的大型化和复杂化,提供动力的泵设备也有大型化趋势。其中泵的扬程确定取决于管道沿程水力损失计算的精度,而工程设计中,如果随意采用不同的水力计算,所计算的损失将出现差异,尤其在沿程损失较大或并联管路较多的系统中出现足以影响水泵机组选型的情况。为此,将对布拉休斯(blassius),舍维列夫,谢才,海曾-威廉4个常见水力损失公式进行研究,分别计算不同管网系统的水力损失,比较不同公式的计算结果,以说明除管材、管径、流速等影响因素外,管道长度及拓扑结构也会对水力损失产生影响,从而影响水泵的选泵及配套功率。以某长距离排水管网和带凝汽器的工业循环供水系统为例,说明上述观点,并提出了4种常用公式在不同管长和管道布置情况下的适用条件。

降低滴灌系统灌水器工作压力有望成为减少滴灌系统能耗以及运行费用的一种有效途径,但目前低压灌水器还十分少见。基于此,选取了国内应用较为广泛的5种典型迷宫流道灌水器,分析了不同工作压力区间对灌水器水力性能及消能特征的影响。结果表明:5种灌水器在低压条件下运行对于灌水器流量系数kd和流态指数x具有一定影响,但对于流态指数x的影响未达显著水平。同一流道类型的灌水器流量系数kd与无量纲数a/l2呈显著的线性相关关系,不同流道类型之间差异显著。5种灌水器流道内流态为紊流,未发生流态转捩行为,采用常规管道流态转捩雷诺数2200去判断流道内流态是不合适的。

沉砂口直管段是水力旋流器的一个重要构件。通过它可以改变旋流器内空气柱的大小及特征,从而显著提高旋流器的沉缩性能,并可改善分级性能。它的改变对分流比有一定的影响,而对处理能力几乎没有影响。所得研究结果对如何选择旋流器沉砂口直管段的长度和内径具有重要的指导意义。

选取园林喷灌中常用的3种升降式旋转喷头:dpx-hp型喷头、具有记忆功能的dpx-ts型喷头和托罗v-1550型喷头,分别在地下水和再生水条件下运行447h,测定运行前、后的流量-压力关系、喷头水量分布和转动均匀性,并利用单喷头水量分布资料模拟计算组合喷灌均匀系数,以评价再生水对升降式喷头水力性能的影响。结果表明,再生水运行447h后喷头流量降低3.4%～4.7%、射程降低2.7%～9.0%,而地下水分别降低了0.03%～0.09%和2.5%～3.9%,再生水降幅明显大于地下水。再生水运行使喷头各象限转动时间的最大偏差率增加4.2%～4.4%,水质变化对喷头转动均匀性影响不明显。再生水运行不会对喷头的均匀系数产生明显影响,能够满足高灌水均匀度的要求。

利用商用软件fluent6.2,在双坐标系下,对雷诺时均n-s方程进行离散,采用标准的湍流模型和simple方法进行求解,对5种不同的叶片包角叶轮与同一个蜗壳的耦合流场进行了数值模拟,得出了低比转速污水泵叶轮与蜗壳内的压力和速度分布规律,为低比转速污水泵的性能预测,水力设计和优化设计提供了依据.包角为190°的叶片工作面流速分布优于其他包角叶片工作面的流速分布,且该叶轮在隔舌附近产生高压区的面积明显小于其他包角的叶轮,选择优化后包角为190°的叶轮试验并与泵外特性模拟预测结果进行了对比.结果表明:若不改变泵水力部件其他几何参数,随着低比转速叶片包角由小向大变化,泵的内流特性存在较明显的差异,泵效率存在极大值.

针对3种带有不同集流器的后置导叶式轴流通风机,采用商业软件numeca进行整机的数值模拟,计算了各自的性能曲线。对比、分析了集流器对轴流通风机性能的影响,研究了集流器与整机的匹配问题,为提高轴流通风机的性能提供了依据。

应用cfd模拟滴头内部流体特性,分析了流道长度、宽度、深度与滴头水力性能的关系。结果表明,当其他流道结构参数保持不变时,滴头流量随着流道长度的增大而减小,随着宽度与深度的增大而增大;流道长度、流道宽度和流道深度均对滴头流态指数影响不显著,与流量系数呈指数关系,流量系数随着流道长度的增大而减小,随着流道宽度和深度的增大而增大。

对py140型摇臂式喷头在不同的弹尾形稳流器与喷嘴直径组合工况下进行了喷头内流道水力性能试验。结果表明:喷头内流道阻力损失与喷嘴直径、稳流器长度及进口工作压力呈正比,并建立了回归模型;喷管段产生的阻力损失与喷头内流道阻力损失之比的平均值为0.666;当进口工作压力一定时,喷嘴工作压力与喷嘴直径、稳流器长度呈反比,喷头流量的最大相对误差为4.7%;锥角为40°的圆锥形喷嘴流量系数算术平均值是0.928。

水力压裂技术是低渗透致密气藏增产的主要手段。在水力压裂裂缝中,气体在裂缝内高速流动产生的非达西渗流使裂缝的有效导流能力和裂缝长度大大减小,从而影响了水力压裂井的产能。在考虑气体非达西渗流的基础上,建立了非达西渗流条件下裂缝有效渗透率和裂缝参数的计算方法,研究了非达西渗流对水力压裂设计参数(裂缝长度、宽度)和产能的影响。结果表明,考虑非达西渗流时的水力压裂必须设计比达西渗流条件下更短和更宽的裂缝;由于裂缝非达西渗流的存在,气井的产能也有较大幅度的降低。考虑非达西渗流进行水力压裂设计和计算时,不能直接用流体在多孔介质或裂缝中的真实渗透率来计算水力压裂气井的产量,而必须用非达西有效渗透率。

水泵吸水池是影响泵站效率和安全运行的重要构筑物,自由液面与吸水池内各种旋涡的生成、空化的发生存在很大联系。本文利用二维piv系统对吸水池自由水面进行了定量测量,通过图像处理技术,得到了不同结构进口下自由液面的分布情况。试验结果与采用vof两相流模型计算的结果进行了对比,数值模拟结果可以模拟收缩结构后的跌水趋势,但与试验观察到的自由水面变化具有较大的差异,这表明vof模型在模拟具有较大波动的跌水自由液面时还存在不足。

为提高导叶式混流泵的水力性能,开展了叶顶间隙、叶轮叶片数、叶轮叶片安放角和叶轮叶片厚度对导叶式混流泵水力性能影响的研究.运用cfd软件ansyscfx12.0,基于剪切应力输运(sst)湍流模型和simplec算法,采用分块结构化网格技术,对导叶式混流泵内流场进行了数值模拟.计算结果表明:导叶式混流泵的扬程、功率和效率都随叶顶间隙的增大而降低;扬程和功率随叶轮叶片数的增加而增大的幅值渐小,叶轮叶片数过多或过少对导叶式混流泵效率都不利;不同叶片安放角时扬程、功率的差别随流量增大而逐渐增大,通过叶片安放角的调整可实现泵最高效率点的偏移并改变高效区的范围;泵最高效率点随叶片厚度减薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在满足制造工艺与安装要求的前提下,对影响导叶式混流泵水力性能的各因素进行优化选择可提高导叶式混流泵的水力性能.

为了分析叶轮叶片厚度和导叶叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响,分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮和3种不同叶片厚度的导叶,建立不同叶片厚度下的9种方案,通过数值模拟的方法分析了9种方案在设计工况下混流泵水力性能的变化情况。结果表明:叶轮叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响明显高于导叶叶片厚度,且导叶叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响不大。

本文设计了进水流道有、无隔墩两种方案,采用cfd数值模拟的方法,选用rngk-ε湍流模型对潜水轴流泵进行了全流道数值模拟计算以及压力脉动研究。结果表明,设置隔墩能改善叶轮室的进水条件,改善进水流道内水流的流态；但由于过流面积的减少,会增加水泵装置的水力损失；设置隔墩前后,泵装置内压力脉动规律基本保持一致的同时,压力脉动幅值有所变化,对提高泵装置的稳定运行有一定意义。

利用cfd数值模拟方法代替传统水力性能试验对不同结构参数尺寸的齿形迷宫滴头流道内流场进行模拟计算,充分发挥其快速、低成本的优势,选取流量系数、流态指数和水头损失系数3个指标来分析齿形迷宫滴头流道结构参数对滴头工作性能影响的规律。结果表明,齿角度α对流量系数的影响最大,其次是偏差量j,齿高h对其影响最小;齿角度α对流态指数的影响最大,其次是偏差量j,齿高h对其影响最小。

水锤泵冲击阀形状频率对提水量的影响