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基于正交试验的低比转数离心泵高效设计

排灌机械工程学报 2023年第12期41卷 1189-1195页

作者：吕忠斌刘洁琼曹璞钰尤保健上海凯泉泵业(集团)有限公司上海201800 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究叶轮结构参数对离心泵效率提升的影响,以某单级单吸立式离心泵(比转数n_(s)=40~60)为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片数Z、叶片出口安放角β2和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4^(3))正交试验方案,在0.75Q_(d)~1.20Q_(d)... 详细信息

为了研究叶轮结构参数对离心泵效率提升的影响,以某单级单吸立式离心泵(比转数n_(s)=40~60)为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片数Z、叶片出口安放角β2和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4^(3))正交试验方案,在0.75Q_(d)~1.20Q_(d)(Q_(d)为额定流量)工况下进行各方案模型的数值计算,分析各因素对水力性能的影响,继而得到该泵叶轮结构的最佳参数组合.随后按照最佳尺寸修改叶轮,将优化后水泵外特性试验结果与原泵进行比较.结果表明:高效设计时,低比转数离心泵叶轮结构参数对效率影响程度由大到小依次为b_(2),β_(2),φ,Z,影响水力性能的主要因素为b_(2);确定了高效设计时叶轮结构参数的最优水平组合;优化后泵效率较原泵整体提高近2.85%,高效区扩宽至0.75Q_(d)~1.20Q_(d)工况范围;最后得到修正系数k′_(b_(2)),k′_(Z),k′_(φ),用于指导低比转数离心泵的高效设计.

关键词：低比转数离心泵小流量工况高效区正交试验修正系数

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基于CFD的射流自吸泵性能优化与试验

农业工程学报 2016年第S2期32卷 16-21页

作者：王洋韩亚文朱新新孙伟曹璞钰吴文江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013 浙江大元泵业股份有限公司台州318000

为提高射流自吸泵效率,该文选择关键结构参数射流器喉管直径、射流器出口直径、叶轮出口宽度和叶片数作为目标因素,设计四因素三水平正交试验,共9组试验。运用数值分析软件提供的湍流模型对各方案进行数值计算。通过极差分析确定性能最... 详细信息

为提高射流自吸泵效率,该文选择关键结构参数射流器喉管直径、射流器出口直径、叶轮出口宽度和叶片数作为目标因素,设计四因素三水平正交试验,共9组试验。运用数值分析软件提供的湍流模型对各方案进行数值计算。通过极差分析确定性能最优参数组合,其中对效率影响最主要因素为喉管直径。以喉管直径为优化目标设计单一变量试验,分别在小流量点、额定流量点及大流量点进行数值计算,通过数据拟合得到正交试验最优参数组合在不同流量下以喉管直径为自变量的扬程、效率方程式,运用极值运算及加权平均得到最优喉管直径。试验结果表明:相比原型泵,优化模型在额定流量点效率提高约5%。该研究为同类泵的优化提供了一种较可靠的试验设计及数据处理方法。

关键词：泵优化计算机仿真射流自吸泵正交试验数据拟合

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泵腔内部环流对射流式自吸泵自吸性能的影响

农业机械学报 2014年第11期45卷 129-133,145页

作者：王洋李贵东曹璞钰印刚崔宇蕊李亚成江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013

为了研究自吸泵内部气液两相流动情况,选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象,运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型,对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟,得到了各过流部件压力... 详细信息

为了研究自吸泵内部气液两相流动情况,选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象,运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型,对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟,得到了各过流部件压力和速度分布等内部流动信息,分析了射流器进口和泵腔出口处各监测点气相体积分数的变化情况,并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:液体从导叶出流后,会形成一个较大的速度环量,导致气液分离不充分,大量液体进入出水管路,泵腔内液体减少;在导叶背面添加筋板后,射流器进口处气相体积分数减小,喷嘴出流的工作液体中夹杂的气相体积分数减小,泵腔出口气相体积分数增大,从而提高了自吸性能。

关键词：射流式自吸泵气液两相环流非定常

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无轴式喷水推进泵的水动力特性

排灌机械工程学报 2015年第5期33卷 380-386页

作者：刘瑞华曹璞钰王洋宁超中国能源建设集团江苏告电力建设第三工程有限公司江苏镇江212013 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为提高现有SDPM-450型喷水推进泵的水动力特性,提出了无轴式喷水推进泵的理念.采用齿轮轮缘驱动结构代替原有的皮带轮——驱动轴传动结构,避免了驱动轴对泵进流场的扰动作用.应用商业CFD软件分别对无轴式喷水推进泵和原模型进行三维建... 详细信息

为提高现有SDPM-450型喷水推进泵的水动力特性,提出了无轴式喷水推进泵的理念.采用齿轮轮缘驱动结构代替原有的皮带轮——驱动轴传动结构,避免了驱动轴对泵进流场的扰动作用.应用商业CFD软件分别对无轴式喷水推进泵和原模型进行三维建模和数值计算,围绕理论、内部流动和推进性能3个方面进行水动力特性研究.对比分析表明：驱动轴的摒弃降低了进水流道的损失系数和伴流系数,减小了不均匀进流对喷水推进泵速度场的扰动,进而加强了喷水推进泵的过流能力和做功能力;无轴式结构增强了喷水推进器的推进性能,在高航速区间内尤为明显,推力增大了20%,推进效率提高了15%;高效区间向高航速方向延伸,船舶的航行范围得以拓宽,平均增幅为3~5节.因此,无轴式喷水推进器结构上具有可行性,水动力特性上具有优越性,该研究为喷水推进装置的未来发展提供了一个方向.

关键词：无轴式喷水推进泵水动力特性流场推力效率

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喷水推进器最佳工况

排灌机械工程学报 2015年第2期33卷 145-151页

作者：曹璞钰王洋李贵东彭帅江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为解决喷水推进器传统设计方法中目标求解设计参数在实际工作中与理论最佳工况点存在偏差,导致相应喷水推进器效率普遍偏低的问题,文中选取SDPM-450喷水推进器为研究对象,以最高喷水推进效率为目标,围绕喷水推进器最佳工况点展开效率分... 详细信息

为解决喷水推进器传统设计方法中目标求解设计参数在实际工作中与理论最佳工况点存在偏差,导致相应喷水推进器效率普遍偏低的问题,文中选取SDPM-450喷水推进器为研究对象,以最高喷水推进效率为目标,围绕喷水推进器最佳工况点展开效率分析,进而优化参数选取办法.首先,基于极值理论推导了喷水推进器最佳工况点的充要条件,即航速比数值上等于2倍的伴流系数;其次,运用数值仿真中的UDS反向追踪法验证了理论推导的正确性,偏差分析后确立了最终判别式为K=2εα;最后,基于判别式优化设计参数选取办法,提出了以喷嘴直径和伴流系数为基础变量的参数求解方程组,为喷水推进器的高效设计奠定基础.

关键词：喷水推进器最佳工况推进效率航速比伴流系数

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射流式离心泵非设计工况下内部流动研究

农业机械学报 2015年第8期46卷 48-53页

作者：李贵东王洋曹璞钰周国辉吴文韩亚文江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013 福建巨龙电机集团有限公司福安355001

为了研究射流式离心泵在非设计工况下的内部流动特性,选取JETST-100型射流式离心泵作为研究对象,运用CFX软件提供的RNG k-ε湍流模型,对模型泵内部流动情况进行了三维非定常数值模拟,得到各过流部件内部的速度场和压力场分布等流动信息... 详细信息

为了研究射流式离心泵在非设计工况下的内部流动特性,选取JETST-100型射流式离心泵作为研究对象,运用CFX软件提供的RNG k-ε湍流模型,对模型泵内部流动情况进行了三维非定常数值模拟,得到各过流部件内部的速度场和压力场分布等流动信息,比较了在不同运行流量下,射流器进口和喉管处质量流量的变化情况,并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:射流器内部压力最高区域在喷嘴进口处,低压区域在喉管附近,喷嘴附近速度最大,抽送液体的进流口速度最小;叶轮中流出的液体大部分回流至射流器进口,随着泵运行流量的减小,回流所占射流器喉管处质量流的比例增加;对叶轮内的流动分析显示,叶片吸力面的速度普遍高于压力面的速度,进一步影响了该型泵的运行效率。

关键词：射流式离心泵非设计工况流场分析数值模拟

基于CFD的空间导叶出口边线性控制及内流分析

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排灌机械工程学报 2021年第12期39卷 1210-1217页

作者：公续然曹璞钰王洋朱芮王业富江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710000

为提高多级潜水电泵的水力性能,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对Q80-20型多级潜水电泵的空间导叶展向各流面包角的变化规律用线性方程量化,探究方程斜率变化对导叶内部角区分离流的影响以及与导叶性能的映射响应关系.采用CFX17.1... 详细信息

为提高多级潜水电泵的水力性能,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对Q80-20型多级潜水电泵的空间导叶展向各流面包角的变化规律用线性方程量化,探究方程斜率变化对导叶内部角区分离流的影响以及与导叶性能的映射响应关系.采用CFX17.1对2级模型进行全流场数值模拟,结果表明,线性方程斜率为负时,导叶的水力性能优于正斜率时.在负斜率基础上采取2种方案优化,结果表明,调整轮缘包角并增大包角差时,轮毂中部横向二次流被削弱,轮毂到轮缘的展向二次流增强,抑制了角区低能流体堆积,导叶性能随斜率的减小而单向升高.调整轮毂包角并增大包角差时,同样可增强中部轮毂到轮缘的展向二次流,但进口加剧的展向冲刷增大了能量损失,导致导叶的水力性能先增大后减小,存在最佳斜率.研究成果为后续研究空间导叶出口边型线对多级潜水电泵水力性能的影响提供研究基础和科学支撑.

关键词：多级潜水电泵空间导叶线性方程二次流角区分离涡

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湍流模型在小型潜水泵性能预测中的应用

流体机械 2014年第6期42卷 41-46,88页

作者：曹璞钰王洋李亚成江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

为了探讨不同湍流模型在小型潜水泵性能预测中的适用性,本文以QDX6-18-0.75型潜水电泵为研究对象,分别选取Standard k-ε、Reliable k-ε、RNG k-ε、RSM 4种不同湍流模型对小型潜水电泵进行全流场模拟,得到6种工况下泵扬程和效率的预测... 详细信息

为了探讨不同湍流模型在小型潜水泵性能预测中的适用性,本文以QDX6-18-0.75型潜水电泵为研究对象,分别选取Standard k-ε、Reliable k-ε、RNG k-ε、RSM 4种不同湍流模型对小型潜水电泵进行全流场模拟,得到6种工况下泵扬程和效率的预测值,并与试验台测得的数据进行对比分析。结果表明:设计工况下,4种湍流模型的扬程相对误差均小于1.5%,效率相对误差均小于2.5%,满足工程应用需求;小流量工况下,Reliable k-ε模型相对误差最小,扬程最大偏移0.75%,效率最大偏移4.36%;大流量工况下,Standard k-ε模型扬程预测精度高于其它3种湍流模型,RSM模型的效率预测精度最高。综上Reliable k-ε模型的适用性最强,Standard k-ε模型次之。该结论为小型潜水电泵性能预测的可靠性提供依据,并已在产品改型中得以应用。

关键词：湍流模型小型潜水泵性能预测相对误差计算流体力学

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射流泵喷嘴收缩角的取值

江苏大学学报（自然科学版） 2015年第3期36卷 281-287页

作者：吕忠斌王洋刘洁琼曹璞钰李贵东江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究喷嘴收缩角对射流泵性能的影响,采用数值计算和试验研究相结合的方法,对浙江某公司生产的XDPm255A型射流泵进行了研究.根据Fluent的数值模拟结果,在射流泵不同面积比下,分析不同的喷嘴收缩角对射流泵内部流场以及外特性的影响.... 详细信息

为了研究喷嘴收缩角对射流泵性能的影响,采用数值计算和试验研究相结合的方法,对浙江某公司生产的XDPm255A型射流泵进行了研究.根据Fluent的数值模拟结果,在射流泵不同面积比下,分析不同的喷嘴收缩角对射流泵内部流场以及外特性的影响.通过数据拟合,进一步得到面积比在2.01~5.06时射流泵喷嘴收缩角在高效区取值的拟合趋势线,并对其进行试验验证.结果表明：当射流泵的面积比一定时,对应不同的喷嘴收缩角均存在1个最优流量比,其可使射流泵的效率达到最高;当面积比增大时,最优流量比也随之增大;射流泵高效区喷嘴收缩角取值拟合趋势线是可靠的.

关键词：射流泵喷嘴收缩角数值计算面积比流量比