国家自然科学基金(51109093)
- 作品数：14 被引量：227H指数：8
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- 轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究被引量：14
- 2014年
- 该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。
- 张德胜陈健张光建施卫东潘大志
- 关键词：轴流泵数值模拟空化高速摄影
- 特种涡轮驱动混流泵瞬态空化特性被引量：7
- 2014年
- 为了研究水泵液压系统瞬态特性，建立了水泵液压系统运动物速度和泵转速的瞬态数学模型，分析了涡轮泵启动瞬态过程中0．73，0．90和1．00s三个典型时刻运动物速度与加速度、泵流量及其空化特性．数值模拟结果表明：不同NPSH工况叶片表面空泡分布规律一致，在叶片弦跨度0．7～1．0区域，空泡体积分数向轮缘方向迅速增大，在轮缘区达到最大值；在运动物出舱工况下，当装置空化余量为14．23 m时，轮缘圆周面上平均空穴面积达到33％左右，空泡堵塞了叶片流道，导致泵扬程下降了约61％，满足不了水泵液压系统运动物的加速度要求．模型泵试验结果表明：水泵液压系统涡轮泵启动后，泵转速近似线性加速，泵的必需空化余量值随之迅速增大，在运动物出舱时涡轮泵转速、流量和必需空化余量均达到最大值，为了避免涡轮泵叶轮空化诱导运动物出舱失败，应规定水泵液压系统最小潜水深度．
- 张德胜施卫东郎涛张华
- 关键词：涡轮泵瞬态性能空化
- 轴流泵叶顶区的空化流场与叶片载荷分布特性被引量：14
- 2014年
- 针对轴流泵叶顶区空化流气液混合区域密度变化,以SST k-ω湍流模型为基础,对湍流黏度项进行了修正。基于输运方程的完全空化模型对轴流泵NPSH曲线、空化特性及其叶片载荷进行了数值模拟和分析,并与实验结果进行了对比。研究结果表明,修正的SST k-ω湍流模型和空化模型较准确地预测了叶顶区空化流,临界空化数预测误差为7.79%。通过高速摄影实验观测到轴流泵的初生空化为刮起涡空化、间隙附着空化和涡带区空化,空化区域也随着空化数的降低而不断扩大,直至在叶片后缘脱落和爆破,爆破位置也不断向叶片中部移动;叶片吸力面的低压区主要集中在叶顶翼型间隔角为-13°^+13°的区域;在叶轮叶顶间隙的3%区域,随着半径系数增大,叶片压力面压力逐渐减小,叶片载荷不断降低,且越接近间隙边缘,叶片载荷降低越明显,从机理上找到了空化诱导轴流泵性能下降的原因。
- 张德胜潘大志施卫东邵佩佩王海宇李通通
- 关键词：轴流泵空化数值模拟高速摄影
- 入口非均匀流对轴流泵性能和压力脉动的影响被引量：27
- 2014年
- 为研究入流条件对轴流泵的影响,建立了2种不同类型的非均匀速度入口分布,分别与均匀入流进行比较,得到非均匀入口边界条件对轴流泵影响的数值计算结果.将均匀入流下的数值模拟结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.在0.7Q^1.2Q工况范围内,对轴流泵的扬程、效率和径向力等曲线进行了对比分析,得出受入口速度非均匀性影响、轴流泵性能和径向载荷的变化结果.最后,在定常模拟的基础上,对设计工况下叶轮入口、叶轮出口和导叶出口处的压力脉动进行了监测,得到了2种非均匀入流条件对轴流泵3个典型位置处压力脉动的影响情况.结果表明,通过控制进口入流情况,可以使文中所研究的轴流泵的水动力性能好于轴向均匀入流时的水动力性能.
- 施卫东张光建张德胜吴苏青徐焰栋
- 关键词：轴流泵压力脉动数值模拟
- 轴流泵多工况压力脉动特性试验被引量：46
- 2014年
- 为了掌握不同流量工况下的轴流泵压力脉动特性,在轴流泵叶轮段和导叶段外壁面布置了6个压力脉动监测点,对多个流量工况的压力脉动进行了动态测量,揭示了轴流泵内部不同位置处压力脉动规律。试验结果表明,叶轮进口监测点P1的波形为规则的正弦波形,叶轮内部中间测点P2的压力脉动峰峰值最大,叶轮进口监测点P1压力脉动次之。叶轮进口、叶轮中间和叶轮出口监测点由于受到叶轮内压力梯度的交替变化影响,时域脉动周期与叶片旋转周期一致,在小流量工况下叶轮内部涡流诱导了明显的二次谐波。基于快速傅里叶变换,获得了不同监测点压力脉动频域分布结果,并发现叶轮区域3个压力脉动测点在不同工况的主频均为叶片通过频率(BPF),谐频为叶频的倍数,其幅值呈指数形式衰减。但在导叶进口、导叶中间和导叶出口监测点的压力脉动频域中出现了撞击和回流诱导的低频信号,同时也存在叶轮的主频及其谐频。
- 张德胜王海宇施卫东潘大志邵佩佩
- 关键词：轴流泵压力脉动多工况谐波
- 水气最大密度比对轴流泵空化计算的影响被引量：6
- 2014年
- 利用商业软件CFX的二次开发技术,将滤波器湍流模型(FBM)耦合进软件,并结合均相流空化模型对轴流泵在不同工况下的空化流场进行数值计算,分析了空化模型中的水气最大密度比对轴流泵空化特性计算的影响,并与实验结果进行对比。结果表明:基于RNG k-ε的FBM湍流模型能够较准确地预测轴流泵的外特性;在3种工况下(320、392、480 m3/h),采用真实水气密度比43 197得到的临界汽蚀余量与默认值1 000相比更接近实验值,相对误差分别为1.93%、4.73%和8.09%;随着最大密度比的提高,计算出的空泡面积、空泡含气率和叶顶泄漏涡作用范围也随之增大,这是导致预测的临界汽蚀余量产生差异的原因。
- 施卫东张光建张德胜徐焰栋
- 关键词：轴流泵空化
- 基于CFD正交试验的旋流泵优化设计与试验被引量：45
- 2014年
- 为了优化旋流泵的水力性能,找出影响旋流泵性能的主要结构参数,采用正交试验方法,选取叶轮外径D2、叶片数Z、叶片宽度b2、叶片出口安放角β2、叶片进口安放角β1为主要因素,选取L16(45)正交表得到16组方案,由数值计算结果级差分析初步获得各因素的较优取值范围,再次进行少因素的正交试验,通过级差综合分析法,探索主要因素对旋流泵的影响规律,找到了影响旋流泵性能的主要因素和次要因素,最终得出较优方案组合。原型机和较优设计方案内流场和试验结果对比分析表明:旋流泵进口处产生两个不同程度的回流损失;优化方案内流场回流损失较少,优于原型泵;较优方案比原型机的效率高出4.2个百分点,扬程高出10 m左右;效率和扬程有一定的提高,满足设计要求,验证了正交试验的可行性。
- 高雄发施卫东张德胜张启华方波
- 关键词：旋流泵结构参数正交试验
- M型截面流道对旋涡泵性能的影响分析被引量：6
- 2014年
- 为了减少旋涡泵流道内部冲击损失，提升旋涡泵的性能，研究了基于面积不变理论改变旋涡泵流道截面形状的方法。采取流道形状贴合流动状态的策略，改变流道截面形状为M型，利用CFD技术对参考泵和M型截面流道的内部流动进行多工况三维数值模拟分析，对比两者之间的扬程、效率曲线，并分析流道截面的流线图。结果表明，相比矩形流道，M型截面流道在扬程和效率上均有所提升，流道内叶片出口处的乱流有所改善，M型截面流道中液流更加平滑，但是过流面积增加，摩擦损失也随之增大。
- 王洋李亚成曹璞钰刘洋吕忠斌
- 关键词：旋涡泵流道数值模拟
- 基于数值模拟的特种混流泵水力性能优化与试验被引量：8
- 2014年
- 为研究水泵液压系统混流泵的性能,分析特种混流泵性能参数与系统工作过程物理量的关联性,基于器材水下运动学方程推导混流泵流量、扬程等参数的计算方程,并提出满足器材运动要求的泵性能参数。基于数值模拟和试验并重的研究方法,针对水泵液压系统混流泵开敞式出水结构,优化双圆弧导水结构,数值模拟结果表明双圆弧轴面的过流面积变化均匀,速度场无旋涡等不良流动,减小了装置水力损失。针对混流泵叶轮叶片包角和出口安放角进行优化,获得了陡降的流量-扬程特性曲线,满足了不同工况下器材加速要求。叶轮出口采用非线性环量分布流型,提高了水力效率,试验结果表明优化的开敞式混流泵最高效率达到83.24%,各项性能指标均满足优化设计要求。
- 张德胜施卫东潘大志曹卫东李通通
- 关键词：混流泵叶轮数值模拟优化设计
- 后掠式叶片轴流泵固液两相流数值模拟与优化被引量：19
- 2014年
- 针对轴流叶轮在污水固液两相流介质中的磨损问题,该文设计了不同后掠式叶轮结构方案进行优化设计,分别对后掠角度为40°、65°、90°的后掠叶片和原型叶片进行固液两相流数值模拟和试验对比,并分析了不同后掠方案叶轮内固体颗粒的分布特性。数值模拟结果表明,随着后掠角度的增加,叶片压力面固相体积分数会逐渐减少,而叶片吸力面上固相体积分数会先增加后减小,叶轮内固相的径向流动越明显并且叶片后掠角度越大,固相就越难与叶片压力面接触,而越易与叶片吸力面接触;颗粒直径越大,后掠叶片压力面上固相体积分数越大,而叶片吸力面进口边靠近轮毂处的固相体积分数增加;颗粒浓度越大,后掠叶片压力面上固相体积分数减少,叶片吸力面上固相体积分数增加。当优化后的后掠叶片角为90°时,该叶片结构优化了固体颗粒的分布,可大幅降低叶片轮缘处的磨损,提高了轴流叶轮在污水介质中的使用寿命和运行可靠性。
- 施卫东邢津张德胜陈刻强程成
- 关键词：固液两相流
