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基于不同最大拱度位置翼型的高比转数混流泵叶轮优化

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农业机械学报 2024年

作者：孙壮壮朱亚东张家敏吕宁汤方平陈松山扬州大学水利与科学工程学院扬州市职业大学机械工程学院

为了拓宽高比转数混流泵高效区范围，采用NACA四位数翼型拱度线叠加NACA66厚度分布设计了最大拱度相对位置分别为0.4、0.5和0.6的3种翼型方案，并基于这3种翼型方案对一比转数为720的混流泵叶轮进行多工况优化设计。研究结果表明：优化... 详细信息

为了拓宽高比转数混流泵高效区范围，采用NACA四位数翼型拱度线叠加NACA66厚度分布设计了最大拱度相对位置分别为0.4、0.5和0.6的3种翼型方案，并基于这3种翼型方案对一比转数为720的混流泵叶轮进行多工况优化设计。研究结果表明：优化后混流泵叶轮加权效率提升约0.5个百分点，拓宽了混流泵的高效区范围。采用最大拱度位置不同的翼型设计得到的混流泵叶轮最大效率相差不大，翼型最大拱度位置主要影响了高效区分布范围，随着最大拱度位置的后移，高效区范围向大流量、低扬程附近移动。设计流量工况下，随着最大拱度位置的后移，空化性能得到有效改善。最大拱度位置在0.4倍和0.6倍弦长附近时，对于小流量工况下和大流量工况下进口边附近的流动分离现象分别具有较好的抑制作用，在混流泵设计时叶尖处拱度靠后、叶根处采用靠前更有利于扩大混流泵高效区范围。研究结果可为不同运行要求下的流体机械的优化设计提供参考。

关键词：水力机械混流泵优化设计水翼

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大型潜水贯流泵装置叶片区压力脉动试验

农业机械学报 2023年第4期54卷 155-160,169页

作者：孙壮壮王林葛恒军袁海霞汤方平扬州大学水利科学与工程学院扬州225100 扬州市勘测设计研究院有限公司扬州225100

为研究潜水贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用动态压力传感器在模型泵装置叶片前缘、中部和尾缘附近设置3个压力监测点,对多个工况的压力脉动进行测量。试验结果表明,不同流量工况下,叶频及叶频倍数是叶片区压力脉动的主要频率,在大流... 详细信息

为研究潜水贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用动态压力传感器在模型泵装置叶片前缘、中部和尾缘附近设置3个压力监测点,对多个工况的压力脉动进行测量。试验结果表明,不同流量工况下,叶频及叶频倍数是叶片区压力脉动的主要频率,在大流量工况下,叶片前缘和尾缘处主频为两倍叶频,叶片中部为叶频,其余工况下各监测点主频均为叶频。空化对叶片前缘压力脉动影响较为复杂,大流量工况下临界空化时主频由两倍叶频变为一倍叶频,达到深度空化时主频幅值明显减小,设计流量工况下空化使得谐波频率上升,频域分布更广,小流量工况下主频幅值随空化的发展呈上升趋势。叶片中部和尾缘主频幅值表现出随空化发展增大趋势。相同流量工况下,压力脉动强度从叶片中部、尾缘到前缘总体上呈减小趋势,且叶片区各监测点压力脉动强度随流量增加总体呈下降趋势。

关键词：潜水贯流泵水力机械压力脉动

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带可调导叶的双向潜水贯流泵装置水力性能

农业工程学报 2022年第4期38卷 42-50页

作者：孙壮壮于杰葛恒君袁海霞汤方平扬州大学水利科学与工程学院扬州225100 扬州市勘测设计研究院有限公司扬州225100

为提高双向潜水贯流泵装置正反向运行时的水力性能,该研究提出在叶轮前后布置可调导叶,并通过模型试验和数值模拟的方法研究其水力性能,对比灯泡前置和灯泡后置性能差异。研究结果表明:采用可调导叶的双向潜水贯流泵装置兼顾正、反向性... 详细信息

为提高双向潜水贯流泵装置正反向运行时的水力性能,该研究提出在叶轮前后布置可调导叶,并通过模型试验和数值模拟的方法研究其水力性能,对比灯泡前置和灯泡后置性能差异。研究结果表明:采用可调导叶的双向潜水贯流泵装置兼顾正、反向性能,灯泡前置和后置最优导叶角度分别为12°和20°,最高效率分别为67.9%和66.5%,最高效率点流量约为0.285和0.265 m^(3)/s,灯泡前置时装置效率更高。通过导叶调节,灯泡前置式效率提高约7个百分点,灯泡后置效率提高约6个百分点。就叶轮性能而言,灯泡后置式的叶轮扬程和效率要高于前置式,在灯泡前置和后置最高效率点附近叶轮扬程和效率相差较小,装置性能差异主要由过流部件损失造成。灯泡前置的最小损失小于灯泡后置,灯泡前置式在大流量时损失小于灯泡后置式,在小流量时则要大于灯泡后置式,使得灯泡前置式高效区向大流量偏移。与目前采用常规导叶的双向贯流泵相比,可调导叶可明显提高反向运行时的水力效率,对双向泵站的建设具有较大的工程意义。

关键词：水力机械模型试验双向潜水贯流泵装置可调导叶

涉及临界工况点的贯流泵装置外特性与压力脉动试验

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农业机械学报 2022年第6期53卷 184-191页

作者：张校文汤方平葛恒军袁海霞石丽建刘超扬州大学水利科学与工程学院扬州225009 扬州市勘测设计研究院有限公司扬州225009 华设设计集团股份有限公司扬州225009

为了揭示贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性,以某比转数1179的灯泡贯流泵装置为研究对象,对该泵装置进行了涉及临界工况点的外特性及压力脉动试验。试验采集了共64个流量工况点的外特性参数和压力波动,... 详细信息

为了揭示贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性,以某比转数1179的灯泡贯流泵装置为研究对象,对该泵装置进行了涉及临界工况点的外特性及压力脉动试验。试验采集了共64个流量工况点的外特性参数和压力波动,着重分析了灯泡贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性。试验结果表明,关死点为逆流制动工况与常规泵工况的分界点,泵装置靠近关死点处的扬程为6.41 m,为设计点扬程的3.27倍,轴功率为15.39 kW,为设计点功率的2.67倍。叶轮进口的无量纲压力脉动峰峰值为1.26,叶轮中部为0.99,叶轮出口为0.84,导叶出口为0.23,分别为设计点的2.3、2.8、4.9、23倍。零扬程点为常规泵工况与正流制动工况的分界点,近零扬程点处的流量为设计点流量的1.42倍,轴功率为2.41 kW,为设计点功率的0.42倍。叶轮进口的无量纲压力脉动峰峰值为0.21,叶轮中部为0.21,叶轮出口为0.15,导叶出口为0.01,分别为设计点的0.38、0.6、0.88、1倍。零扭矩点为正流制动工况与水轮机工况的分界点,近零扭矩点处的流量为设计点流量的1.63倍,扬程为-1.36 m,为设计点扬程的-0.69倍。叶轮进口的压力脉动峰峰值为0.37,叶轮中部为0.31,叶轮出口为0.20,导叶出口为0.04,分别为设计点的0.67、0.89、1.18、4倍。

关键词：灯泡贯流泵装置临界工况点外特性压力脉动试验

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大型立式混流泵装置水动力特性数值模拟

水力发电学报 2012年第3期31卷 217-222页

作者：杨帆汤方平刘超扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009 扬州大学能源与动力工程学院江苏扬州225009

应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,对立轴蜗壳式混流泵装置的内部流动结构进行数值模拟。采用全隐式网格耦合求解,计算中考虑了叶轮叶顶间隙的影响。通过计算获得了泵装置全流场,分析了蜗壳出水室的流态和叶轮的水力特性... 详细信息

应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,对立轴蜗壳式混流泵装置的内部流动结构进行数值模拟。采用全隐式网格耦合求解,计算中考虑了叶轮叶顶间隙的影响。通过计算获得了泵装置全流场,分析了蜗壳出水室的流态和叶轮的水力特性,预测了泵装置性能并与试验值进行了比较。结果表明:蜗壳出水室内的流动为轴向流动与环向旋转的合成流动,静压分布较对称,出口断面轴向流速分布均匀度和速度加权平均角相对较低;叶片表面的静压分布呈现较为清晰的规律,叶片表面静压分布比较均匀,压力面的静压整体上比吸力面要高;随着流量的增大,叶轮承受的轴向力渐小,而径向力则先减小后增大;数值模拟预测的性能结果与试验的性能结果相比较,前者高于后者,趋势基本一致。

关键词：水力机械混流泵蜗壳 SST模型水力性能

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溢流孔直径对轴流泵系统过渡过程的影响

农业机械学报 2023年第S2期54卷 181-191页

作者：胡重阳张校文汤方平许旭东黄从兵金雷扬州大学水利科学与工程学院扬州225009 江苏省水利科学研究院材料结构研究所扬州225009 江苏航天水力设备有限公司扬州225009 合肥恒大江海泵业股份有限公司合肥231135

沿海泵站使用的大型轴流泵系统(LAPS)往往需要配备溢流孔以提高过渡过程的品质,但由于LAPS过渡过程中增设溢流孔的机理尚不明确,因此在设计和应用上存在很多困难。本文设计了6种不同直径的溢流孔,在Flomaster软件二次开发的基础上,用瞬... 详细信息

沿海泵站使用的大型轴流泵系统(LAPS)往往需要配备溢流孔以提高过渡过程的品质,但由于LAPS过渡过程中增设溢流孔的机理尚不明确,因此在设计和应用上存在很多困难。本文设计了6种不同直径的溢流孔,在Flomaster软件二次开发的基础上,用瞬态模拟方法研究了不同直径的溢流孔对LAPS的同步启动、异步启动、同步停机和异步停机过渡过程的影响。结果表明:在异步启动过程中,当溢流孔直径达到2 m时,最大冲击扬程为1.67H_(r),最大冲击功率为1.34P_(r),进一步增加溢流孔直径对降低LAPS的最大冲击扬程和功率无明显增益。在异步停机过程中,溢流孔可以有效延缓LAPS流量的衰减,降低瞬时水头和功率,然而,当溢流孔直径达到2 m时,最大冲击扬程为1.18H_(r),最大冲击功率为1.1P_(r),进一步增加溢流孔直径对降低LAPS异步停机过程中的最大冲击水头和功率没有明显的作用。溢流孔直径越大,对于提高过渡过程质量的效果越好,但是当溢流孔直径增大到一定程度后,继续增加溢流孔直径效果没有明显提高。

关键词：沿海泵站大型轴流泵系统过渡过程溢流孔数值模拟模型试验

不同翼型轴向积叠的轴流泵水力性能及内部流态

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排灌机械工程学报 2022年第3期40卷 217-222页

作者：孙壮壮王欣宇石丽建汤方平扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225000

为了研究叶轮翼型轴向积叠方式对轴流泵水力性能和内部流场的影响,以轴流泵模型ZM25为基础,设计了5种不同方式的翼型积叠方案.保持轮缘处的翼型断面不变,其他翼型断面中心沿斜向直线积叠,积叠角度分别为-8°,-4°,0°,+4°和+8°.基于CF... 详细信息

为了研究叶轮翼型轴向积叠方式对轴流泵水力性能和内部流场的影响,以轴流泵模型ZM25为基础,设计了5种不同方式的翼型积叠方案.保持轮缘处的翼型断面不变,其他翼型断面中心沿斜向直线积叠,积叠角度分别为-8°,-4°,0°,+4°和+8°.基于CFX对5种方案在不同运行工况下的水力性能与内部流态进行预测模拟,并将计算结果与试验测量值进行对比验证.研究结果表明:翼型由负角度积叠时,可以提高泵的扬程,但泵的效率降低;翼型由正角度积叠时,泵的效率提高,但扬程减小;对于泵的内部流场,翼型由负角度积叠时,可以改善叶片背面的压力分布,同时改善泵的空化性能和泵内部沿轴线方向的轴向速度分布,减小泵内的径向流动;翼型由正角度积叠时,可以使轴流泵出口的轴向流动更加均匀.研究结果可为轴流泵的设计提供一定的参考.

关键词：轴流泵翼型积叠方式水力性能内部流场数值模拟试验

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轴流泵装置反转水动力特性研究

农业机械学报 2022年第8期53卷 163-172页

作者：张校文汤方平张文鹏石丽建葛恒军袁海霞扬州大学水利科学与工程学院扬州225009 济宁市水利事业发展中心济宁272002 扬州市勘测设计研究院有限公司扬州225009 华设设计集团股份有限公司扬州225009

为了探究轴流泵装置反转运行条件下的水动力特性,采用试验测量结合数值模拟的方法,对某配有常规单向叶轮的轴流泵装置的反转运行特性进行了研究,分析了轴流泵装置包括反水泵工况、反向发电工况的能量特性和内流特性。结果表明,应用单向... 详细信息

为了探究轴流泵装置反转运行条件下的水动力特性,采用试验测量结合数值模拟的方法,对某配有常规单向叶轮的轴流泵装置的反转运行特性进行了研究,分析了轴流泵装置包括反水泵工况、反向发电工况的能量特性和内流特性。结果表明,应用单向叶轮的轴流泵装置进行反转抽水的扬程和效率均较低,高效点的扬程仅为常规泵工况高效点扬程的0.38倍,高效点的效率仅为常规泵工况的0.55倍。反水泵工况下的压力脉动信号成分较为复杂,泵装置出水流道的流态较差,不同流量工况下的叶片非工作面均存在较大范围的回流区。反向发电工况下,最高效率点向大流量偏移,出现在Q_(d)=1.63流量工况,高效区的范围明显增大,达到了泵工况的1.53倍,在大流量工况下仍能维持较高水平的水力效率。反向发电工况下水泵叶片非工作面的极限流线较为平顺,叶片工作面的压力梯度分布较为均匀。研究成果为特殊利用条件下的轴流泵装置的安全稳定运行提供了参考。

关键词：轴流泵装置反转特性反水泵工况反向发电工况

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水泵站前池三维流动计算和试验

农业机械学报 2001年第6期32卷 41-44页

作者：刘超成立汤方平扬州大学扬州大学水利与建筑工程学院

为消除水泵站前池的水流在扩散过程中产生的回流、旋涡 ,提出了在前池中设置多组底坎的措施。对设置底坎前后的复杂流动进行三维紊流数值模拟计算 ,并通过水力模型试验加以验证。计算结果和试验结果十分吻合 ,有效地消除了回流和旋涡。

关键词：泵站前池紊流数值模拟三维流动