旋流自吸泵突臺結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬及對性能的影響

針對旋流自吸泵的氣液分離室是影響泵性能的重要因素.應用fluent軟件,選用標準k-ε模型和多重參考坐標系模型,對旋流自吸泵內(nèi)部三維不可壓縮湍流定常流場進行了數(shù)值模擬,得到了氣液分離室內(nèi)部流場分布情況,并對其分布規(guī)律進行了分析.建立了性能預測模型,對不同分離室高度下的模型進行了性能預測,并將預測結(jié)果進行了對比研究.結(jié)果顯示:分離室對泵基本性能影響較大,在小流量區(qū)分離室高度對效率影響很小.為了得到最好的綜合性能,對于某一方案,分離室的高度存在一個最佳值.最佳值的選取可以通過cfd進行性能預測,根據(jù)對比結(jié)果進行估算.

采用雷諾時均n-s方程和rngk-ε湍流模型,使用多相流模型中的混合物模型,通過商用軟件fluent,對自吸時旋流自吸泵內(nèi)氣液兩相流場作了數(shù)值模擬.在對蝸殼流道和葉輪流道進行網(wǎng)格劃分時,尺寸扭曲率為0.78.根據(jù)模擬結(jié)果,將泵內(nèi)兩相流場的靜壓分布,與單液相時的靜壓分布作了對比,并比較了葉輪內(nèi)氣相與液相相對速度的分布情況.另外,對含氣率的分布情況作了分析.結(jié)果表明,自吸時氣液兩相狀態(tài)下的靜壓稍小于單液相狀態(tài)下的靜壓;泵內(nèi)的主要流動是液相通過相間作用夾帶氣相的流動,液相速度略大于氣相速度;靠近泵出口的兩個葉道內(nèi),有氣相的積聚,含氣率較高.

旋流自吸泵蝸殼結(jié)構(gòu)不同于普通泵,具有特殊的流場結(jié)構(gòu)。采用大渦模擬方法和滑移網(wǎng)格技術(shù),通過對設(shè)計工況下旋流自吸泵三維非定常湍流場的數(shù)值計算,捕捉到泵葉輪和蝸殼內(nèi)的壓力分布、速度分布和尾跡區(qū)內(nèi)旋渦的結(jié)構(gòu)與演化特征等重要流動信息,結(jié)果表明葉輪內(nèi)部靜壓具有一定的非對稱性。分析了分離室內(nèi)漩渦形成的原因。對含氣率分布的分析表明,葉輪中氣相主要集中于葉片的吸力面區(qū)域。對旋流自吸泵的性能進行預測,得到了預測性能曲線,并將預測結(jié)果與性能試驗結(jié)果作了對比,證明了大渦模擬法能夠較準確地預測旋流自吸泵內(nèi)部流動特性和性能。

分析了回流孔面積、位置對自吸泵性能和效率的影響。

為研究葉輪幾何參數(shù)對自吸離心泵自吸性能的影響,引用正交實驗的方法,選取葉片出口角、葉片數(shù)及葉片包角3個因素設(shè)計了葉輪的9種方案。采用fluent軟件預測各方案的外特性,并對自吸過程進行定常數(shù)值模擬以比較自吸性能的優(yōu)劣,分析了所選取幾何參數(shù)對自吸泵自吸性能的影響順序,為自吸離心泵的設(shè)計提供參考。

旋流器的溢流分率是旋流分離過程中重要的操作參數(shù),同時也是重要的性能參數(shù),它對分離效率有著顯著的影響。本文通過改變旋流器溢流口的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)建立不同的結(jié)構(gòu)模型,運用fluent軟件的rsm湍流模型對這些不同的結(jié)構(gòu)模型進行了流場的數(shù)值模擬,得到溢流口的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對于溢流分率的影響。

采用mixture多相流模型、realizable湍流模型與simplec算法,應用cfd軟件fluent對內(nèi)混式自吸泵自吸過程的氣液兩相流進行了數(shù)值模擬。通過分析不同含氣率條件下流場的壓力分布、速度分布、氣相分布,探討了氣液兩相介質(zhì)在泵內(nèi)的運動情況,一定程度上揭示了內(nèi)混式自吸泵自吸過程的內(nèi)部流場變化規(guī)律,為自吸泵的設(shè)計提供更多的參考依據(jù)。

采用cfd軟件通過大渦模擬,基于正交設(shè)計法對旋流自吸泵泵體進行了優(yōu)化設(shè)計,研究了泵體各幾何參數(shù)對旋流自吸泵性能的影響。設(shè)計了一個4因素3水平的正交方案,對數(shù)值計算的數(shù)據(jù)作了極差分析,得到了各幾何參數(shù)對設(shè)計點揚程、效率,最優(yōu)點的揚程、效率及最大自吸高度5個性能指標的影響的主次順序。對于數(shù)據(jù)處理結(jié)果,通過綜合平衡法分析得出了最優(yōu)的參數(shù)組合。并對得到的最優(yōu)參數(shù)組合進行性能試驗,驗證了理論計算的可靠性。計算及分析結(jié)果對旋流自吸泵性能優(yōu)化設(shè)計具有一定的參考價值。

介紹了一種新型射流式自吸泵的結(jié)構(gòu)與特點。對于泵的進口射流流場,首先建立流體運動方程作為控制方程,應用kε湍流模型來封閉運動方程,進而采用貼體坐標變換技術(shù),利用fluent軟件對該復雜流場進行求解。得到了進口流場內(nèi)部的流動情況,以及流線、壓力和速度的分布,為射流式自吸泵的理論研究和優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。計算結(jié)果與現(xiàn)有理論、試驗結(jié)果吻合較好,精度滿足工程實際要求,可進一步改進自吸泵的性能。

通過對旋流泵內(nèi)部流道進行三維造型,利用雷諾時均方程、雙方程湍流模型并結(jié)合simplec算法對其內(nèi)部三維固液兩相流場和清水單相流場進行了數(shù)值計算,得到了固相不同體積濃度、不同流量下的分布規(guī)律,并研究了外特性的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明:固相在葉片工作面分布較多;在葉輪里離后蓋板越遠,濃度越高;無葉腔分布濃度大于葉輪分布濃度;固相濃度的增加會引起揚程的減小。

采用大渦模擬方法,運用cfd軟件cfx對設(shè)計工況下的立式導葉自吸泵內(nèi)部三維不可壓縮湍流流場進行數(shù)值模擬,得到了其內(nèi)部流場的壓力分布和速度分布情況。對立式導葉自吸泵內(nèi)部流場的相對速度分布和壓力分布進行分析,對模型泵進行性能預測,得到了性能預測曲線,并進行了性能試驗。將預測結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比,說明大渦模擬法能夠較準確地預測立式導葉自吸泵性能和內(nèi)部流動特性,為立式導葉自吸泵的設(shè)計研究提供參考。

用正交設(shè)計法通過模擬試驗對旋流自吸泵泵體結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計了一個4因素3水平的正交方案,研究了泵體各幾何參數(shù)對旋流自吸泵性能的影響.通過分析性能曲線對比圖,找到了對于各個性能的最優(yōu)方案.并通過對數(shù)值計算的數(shù)據(jù)進行極差分析,獲得了各幾何參數(shù)影響4個性能的主次順序.通過對數(shù)據(jù)結(jié)果進行綜合平衡分析和比較,得出了最優(yōu)的參數(shù)組合.得出的最優(yōu)參數(shù)組合不在原有設(shè)計方案中,因此根據(jù)分析結(jié)果對模型泵進行了再設(shè)計.將再設(shè)計方案與原有方案的性能作了對比,并判斷其為最優(yōu)方案.本模擬結(jié)果對旋流自吸泵性能優(yōu)化設(shè)計有一定的參考價值.

為研究常見小型溶洞引起的隧道穩(wěn)定性問題,結(jié)合工程實例,應用有限元方法,分析全斷面開挖時,ⅱ類溶洞處于隧道不同位置對圍巖位移和隧道結(jié)構(gòu)受力的影響。結(jié)合實測數(shù)據(jù)對比分析,總結(jié)圍巖位移和襯砌受力變化的規(guī)律和原因。模擬結(jié)果表明,隧底溶洞距離為1m時,仰拱軸力增加21%,其余部分變化微弱;側(cè)壁溶洞距離為1m時,邊墻軸力增加14.8%,其余部分變化微弱;隧頂溶洞距離為1m時,拱頂軸力增加10%,其余部分變化微弱。實測數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果表明,溶洞位置對于收斂值的影響,隧底溶洞>隧頂溶洞>側(cè)壁溶洞,溶洞位置對于沉降值的影響,側(cè)壁溶洞>隧頂溶洞>隧底溶洞。溶洞范圍較小(r2m)或相對距離較遠(l5m)的情況下,襯砌安全系數(shù)滿足要求,可不予處治。

采用同一葉輪配兩種導流器的方法研究潛水泵的性能,選用rngk-ε湍流模型,利用fluent計算軟件對潛水泵進行了全流道內(nèi)部流場數(shù)值模擬。通過對導流器葉片工作面絕對速度矢量圖和壓力云圖的分析,發(fā)現(xiàn)采用增大導流器長度、加大導葉片進口沖角和壁角等措施,可減少導流器內(nèi)部流動能量損失、提高泵效率的措施。數(shù)值模擬結(jié)果與實測結(jié)果比較表明,用數(shù)值模擬方法預測潛水泵性能是可行的。

軸流泵作為噴水推進器的核心部件具有推進效率高、抗空化能力強、噪聲低等優(yōu)點。為實現(xiàn)噴水推進軸流泵的三維模型自動生成,以fortran為編程語言,完成了軸流泵葉輪的參數(shù)化自動建模。運用計算流體動力學cfd軟件——fluent基于標準k-ε紊流模型及simple算法對020q84噴水推進軸流泵內(nèi)部流場及其運行特性進行了三維數(shù)值模擬,研究和分析葉輪轉(zhuǎn)速變化對軸流泵性能的影響。

簡要介紹在旋流井利用無密封自吸泵替代立式長軸氧化鐵皮泵技術(shù),并從可行性和經(jīng)濟效益等方面作了比較。

基于大渦模擬法,對旋流自吸泵內(nèi)部流場進行了三維非定常數(shù)值模擬,通過設(shè)置監(jiān)測點,得到了蝸殼壁面、導壁和氣液分離室內(nèi)的水壓力脈動情況,并進行了頻域分析。通過與實測揚程和功率對比,證明大渦模擬法能較準確地反映泵的流動特征。研究表明,蝸殼內(nèi)壓力脈動最大幅值出現(xiàn)在隔舌區(qū)偏向葉輪旋轉(zhuǎn)方向處,導壁內(nèi)流道中在流道擴散區(qū)域內(nèi)壓力脈動幅值也較大,說明在這兩個區(qū)域的壓力脈動影響泵的性能,是造成泵振動、噪聲,影響泵穩(wěn)定運行的重要因素。在泵體水力設(shè)計時,要對其可能產(chǎn)生的壓力脈動加以考慮。

文章介紹了立式自吸泵的工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀,并主要分析了影響自吸泵自吸性能的因素及其改進措施。

借助流體力學軟件fluent,利用標準紊流模型,對廣州某污水處理廠平流式二沉池在不同回流比和吸泥機位于不同位置時的流場進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:沉淀池進水端存在兩個渦流區(qū),當吸泥機與進水口距離小于25m時,渦流區(qū)體積占二沉池總體積百分比由回流比r=0時的10%增加到r=2.0時的25%,當二者距離大于25m時,渦流區(qū)體積基本不受回流比影響;吸泥機前混合液水平流速大于吸泥機后混合液水平流速,且吸泥機前流速隨回流比增加而增加,吸泥機后混合液流速不受污泥回流影響,基本恒定。

分析了影響滑片自吸泵性能的因素,并進行了試驗;給出了影響因素與性能的關(guān)系;為性能的改進與泵的設(shè)計提供了參考

利用cfd數(shù)值模擬方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)水力性能試驗對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸的齒形迷宮滴頭流道內(nèi)流場進行模擬計算,充分發(fā)揮其快速、低成本的優(yōu)勢,選取流量系數(shù)、流態(tài)指數(shù)和水頭損失系數(shù)3個指標來分析齒形迷宮滴頭流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對滴頭工作性能影響的規(guī)律。結(jié)果表明,齒角度α對流量系數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h對其影響最小;齒角度α對流態(tài)指數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h對其影響最小。

針對自吸離心泵葉輪采用扭曲形和圓柱形葉片,以及葉輪與渦室隔舌不同的間隙進行對比試驗。分析探討其對泵性能影響的特點和規(guī)律,為改善自吸泵性能的水力設(shè)計提供依據(jù)。