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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

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射流式离心泵性能及内部流动特性

排灌机械工程学报 2019年第9期37卷 763-768,775页

作者：张人会张四代田磊陈学炳兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为研究射流式离心泵内流动机理,以JET750G1型射流式离心泵为研究对象,搭建试验测试系统,分别对不同安装高度下射流式离心泵的空化及能量特性进行试验研究;基于k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对0mm安装高度下泵各工况点内... 详细信息

为研究射流式离心泵内流动机理,以JET750G1型射流式离心泵为研究对象,搭建试验测试系统,分别对不同安装高度下射流式离心泵的空化及能量特性进行试验研究;基于k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对0mm安装高度下泵各工况点内部流动进行数值模拟.试验结果表明:当流量增大到一定程度之后,扬程-流量、功率-流量、效率-流量曲线均急剧下降;随着安装高度的增大,陡降起始点向小流量工况偏移.数值计算结果表明:扬程、功率、效率的数值模拟结果与试验值基本吻合,数值模拟性能陡降起始流量比试验值大0.5m^3/h;射流式离心泵由于其面积比值较小,射流剪切层被迅速排挤到喉管壁面,泵内最低压力点出现在喉管内喷嘴稍后处,空化最早发生在该处;随着流量的增大,空化区域急剧向叶轮进口扩展,性能陡降起始点正好是泵内初生空化流量点,射流式离心泵的空化性能取决于其射流器的空化性能;射流器能提升离心泵扬程和自吸性能,但射流器内高速回流及强剪切流动,导致其效率及空化性能大幅下降.

关键词：射流式离心泵回流空化数值模拟

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射流式离心泵不同喉管长度对自吸性能的影响

排灌机械工程学报 2018年第12期36卷 1258-1263页

作者：吴文王洋韩亚文江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为研究射流式离心泵喉管长度对泵自吸性能的影响规律,运用CFX软件提供的EulerianEulerian多相流模型,对不同喉管圆柱段长度的射流式离心泵内部气液两相流动进行定常数值模拟,得到泵内部压力、气相速度以及气相体积分数的变化规律,分析... 详细信息

为研究射流式离心泵喉管长度对泵自吸性能的影响规律,运用CFX软件提供的EulerianEulerian多相流模型,对不同喉管圆柱段长度的射流式离心泵内部气液两相流动进行定常数值模拟,得到泵内部压力、气相速度以及气相体积分数的变化规律,分析其对自吸性能的性影响,并通过试验进行验证.模拟结果表明:当喉管圆柱段长度为10 mm时,喉管处静压值将降低,卷吸作用得到加强,且其轴线上的气相过流速度进一步提高,整体增强了气相分离能力,泵的自吸性能明显提高;当喉管圆柱段长度为15 mm时,其对射流器内部静压值以及气相速度影响甚微,由于流动损失增加导致做功能力减弱,泵的水力性能降低.试验发现:当喉管圆柱段为10 mm时,自吸高度由原来的7. 45 m提高至9. 15 m,自吸时间也由原来的148. 5 s缩短至90. 0 s左右,自吸性能得到明显提高,且满足设计运行要求.

关键词：射流式离心泵自吸性能喉管圆柱段长度气液两相流试验

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射流式离心泵内部流动及空化特性研究

射流式离心泵内部流动及空化特性研究

作者：赵立峰江苏大学

学位级别：硕士

射流式离心泵内部流动复杂,在大流量工况下,喉管内易发生空化而导致扬程急剧下降。为了深入了解射流式离心泵内部流动及空化特性,本文选取浙江某企业JET750型射流式离心泵作为主要研究对象,基于试验及数值模拟的研究方法,分析了射流器... 详细信息

射流式离心泵内部流动复杂,在大流量工况下,喉管内易发生空化而导致扬程急剧下降。为了深入了解射流式离心泵内部流动及空化特性,本文选取浙江某企业JET750型射流式离心泵作为主要研究对象,基于试验及数值模拟的研究方法,分析了射流器及离心叶轮的内部流动情况,研究了射流器几何参数对射流式离心泵空化性能的影响。同时,采用LES方法进一步分析了射流式离心泵扬程折断点产生的根本原因和瞬态静压分布特点,并与k-ωSST计算结果进行对比。本文的主要研究内容如下:1)采用CFX流场分析软件对JET750型射流式离心泵进行数值模拟,并进行外特性试验。分析发现,射流器喷嘴循环流量随着射流式离心泵工作流量的增加而减小,经过喉管进入叶轮的总流量则一直增加;射流式离心泵内部的射流器性能曲线与射流泵性能曲线随流量变化趋势相同;射流式离心泵流量扬程曲线斜率的决定因素是射流器的面积比。2)基于射流式离心泵内部流场数值分析可知,射流器内部同一流场参数沿流向分布均有一定的区别,总体上,越靠近射流边界层的流场信息变化越剧烈;涡量分析发现,在高、低速流体相互作用区出现涡量最大值,此处流场信息变化剧烈;大流量工况下,同一流向流场参数分布曲线有向下游偏移的趋势;叶轮进口由于高速射流的作用,进口湍动能及湍动能耗散率较大,叶轮进口静压较高,抑制了叶轮内部空化的发生。3)通过对比试验分析发现,当喷嘴圆柱段为2mm,喉管直径扩大1.5mm时,泵的空化性能得到明显改善,扬程折断点往大流量偏移,设计点性能达到设计要求;增加射流器面积比能增大扬程折断点的流量,使扬程折断点往大流量偏移,但面积比不宜过大。4)以定常计算结果作为初始条件,采用LES和k-ωSST湍流模型研究了射流式离心泵扬程折断点时射流器内部瞬态流动特性。通过对比可知,采用LES数值模拟能更好的计算扬程折断点的瞬态静压,进而揭示了强烈卷吸涡可能是造成瞬态低压并产生空化的原因。同时分析发现,采用LES模拟,喉管内部径向静压呈非对称分布,流向静压分布剧烈变化,而k-ωSST模拟得到喉管内部径向静压呈对称分布,流向静压分布为一条光滑曲线。

关键词：射流式离心泵内部流动空化面积比扬程折断点大涡模拟

射流式离心泵增设出水挡板对自吸性能的影响研究

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射流式离心泵增设出水挡板对自吸性能的影响研究

作者：汪群江苏大学

学位级别：硕士

射流式离心泵凭借使用方便、运行可靠、可实现自吸以及二次启动无需注水的特点广泛应用于农业灌溉,目前部分区域的地下水位因河流改造、过度开采现象而呈下降趋势,优化射流式离心泵的自吸性能并保证稳定运行至关重要。本文以射流式离心... 详细信息

射流式离心泵凭借使用方便、运行可靠、可实现自吸以及二次启动无需注水的特点广泛应用于农业灌溉,目前部分区域的地下水位因河流改造、过度开采现象而呈下降趋势,优化射流式离心泵的自吸性能并保证稳定运行至关重要。本文以射流式离心泵UJM75-2为研究对象,增设出水挡板这一新型水力部件,以自吸试验研究为基础,逐步深入,辅以数值计算开展自吸过程中气液两相流体仿真模拟,旨在探讨增设出水挡板对射流式离心泵泵腔内部流动的影响规律,为优化泵腔流动及自吸性能提供结构改进建议。其主要研究内容如下:(1)在射流式离心泵的导流器背面增设出水挡板,出水挡板开设出水孔且导流器背面配有筋板,本文筛选六种射流式离心泵改进方案依次进行外特性和自吸性能试验,包括三种出水挡板与导流器结构匹配方案、三种出水孔与泵出口周向配合方案以及一种未增设出水挡板方案。对比试验数据发现:增设出水挡板致使外特性曲线整体下移,扬程折断点前移,新的过流部件增加泵腔内部水力损失,自吸性能曲线对比结果表明增设出水挡板存在最佳安放位置。出水挡板与导流器通过三个均布螺纹孔结构匹配,导流器背面非均布筋板与出水孔存在三种位置关系,三种结构匹配方案对泵扬程影响较小,导流器背面筋板对流体的扰动作用引起泵效率下降,自吸过程中出水孔下方筋板加速气液分离,提高泵腔气相过流能力,其中出水孔下方筋板最贴近导流器出口的方案二自吸性能最佳,自吸高度为6.6m,自吸时间为306s。出水孔与泵出口周向错开夹角为0?、45?、90?,其中0?方案对泵出口产生冲刷,最大流量减小,泵效率下降,调整夹角至90?,冲刷作用削弱,自吸高度可达8.5m,较0?夹角的结构匹配方案一提高2.3m,自吸时间缩短至204s。(2)采用商用流场分析软件CFX对UJM75-2型射流式离心泵进行单相数值模拟,分析发现:增设出水挡板后射流器内部静压最小值随运行工况增大而降低,扬程曲线折断点源于最低静压点诱发液相空化,扬程折断提前。射流器内部涡量值随运行工况增大而降低,泵内部流线随之趋于均匀。运用涡通量(BVF)流动分离判别准则分析叶轮内部流动,判定设计工况下进口口环、叶片工作面和背面均未出现流动分离,小流量工况下叶轮轮毂缘处发生流动分离。通过出水挡板前后泵腔内部轴向涡量显示0?夹角方案抑制无挡板方案的周向涡旋,但因轴向冲刷作用泵出口涡量增大,调整周向夹角至90?,泵出口涡量极值降低,液流冲刷得以缓解,泵腔的过流能力提高。(3)采取CFX软件提供的双欧拉多相流模型对自吸过程进行气液两相流数值模拟,结果表明:导流器背面筋板加速气液分离增大泵出口处气相体积分数,三种结构匹配方案中出水孔下方筋板贴近导流器出口方案二的泵腔上半部分为最大。三种周向配合方案中90?夹角的相同叶轮处截面含气率最小,气相平均流速最大,叶轮流道内堆积的气相优先进入泵腔,且未出现涡旋,泵出口气相过流能力最佳。未增设出水挡板方案泵腔内气相随液流做旋转运动,与叶轮同向的速度环量周向冲刷泵出口,0?夹角方案经出水孔喷射的高速高压流体轴向冲刷泵出口,阻碍卷吸气相排出泵体,90?夹角方案削弱周向和轴向两种冲刷作用,出口直管段气相分布均匀。通过泵内气相体积分数监测点的瞬态值对比发现同一时刻下90?夹角方案的泵出口数值最大,气相过流能力最佳与试验结果一致,增设出水挡板时需调整最佳安放位置,方能提高射流式离心泵的自吸性能。本次对射流式离心泵自吸性能的优化改型方案已应用于该公司产品。

关键词：射流式离心泵自吸性能出水挡板气液两相流结构优化

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射流式离心泵气液两相流动特性研究

射流式离心泵气液两相流动特性研究

作者：吴文江苏大学

学位级别：硕士

射流式离心泵作为节水灌溉的主要设备之一,提高其自吸性能对于节水灌溉的发展起到至关重要的作用。本文采用CFX软件所提供的双欧拉多相流模型对射流式离心泵进行气液两相流模拟。并对数值模拟结果进行对比分析,得到射流式离心泵内部气... 详细信息

射流式离心泵作为节水灌溉的主要设备之一,提高其自吸性能对于节水灌溉的发展起到至关重要的作用。本文采用CFX软件所提供的双欧拉多相流模型对射流式离心泵进行气液两相流模拟。并对数值模拟结果进行对比分析,得到射流式离心泵内部气液两相流的流动规律,为后续优化自吸性能提供借鉴。本文选择浙江某企业的JET750射流式离心泵作为主要研究对象。其主要研究内容和创新成果如下:1)采用流场分析软件CFX对JET750射流式离心泵进行液相模拟,分析发现,喷嘴出口的循环流量随着运行工况增大,逐渐减小,对应的喷嘴出口处的涡量值以及喉管处的静压、射流器内部的湍流强度逐渐降低。射流器出口流体的速度趋向于均匀流,扩散段的流动分离逐渐减小,流体过流能力增强。2)为了研究射流式离心泵内部气液两相流动规律,对泵进口分别设置不同气相浓度同一运行工况以及同种进口气相浓度不同运行工况下的气液两相模拟。当对进口不同含气率模拟结果进行分析,发现随着进口气相含气率的增加,喷嘴循环流量逐渐降低,叶轮流道内的含气率以及射流器内部各截面上的气相含气率也逐渐增加,气相平均速度逐渐减小。当对同种进口含气率不同运行工况模拟结果分析发现,随着运行工况的增加,喷嘴出口的循环流量逐渐增加的,叶轮内部的气相过流能力加强,扬程下滑相对小流量工况要小。3)将射流式离心泵中射流器部分提取出来,单独进行气液相两相流数值模拟。以射流器喷嘴直径0P、喉管直径1P、喉管长度2P、喉嘴距3P四个参数为试验因素,出口气相的流速为目标函数,设置正交试验样本,根据模拟结果通过Isight软件对射流器的四个因素以及目标函数进行拟合得到近似模型。R-squared可到0.88,拟合优度满足求解要求,并得到各因素对射流器气相过流能力的影响程度,从大到小分别为P、P、P、P、PP、P P、PP 、P、P 、P。然而修改喷嘴直径以及喉管直径将改变面积比,面积比的变化对于外特性影响很大。在试验部分对候嘴距以及喉管长度这两个因素进行修改,通过自吸性能以及外特性性能试验,发现适当的增加喉管长度有利于改善自吸性能,自吸高度由原来的7.45米提高到9.1米,自吸时间也由原来的145s缩短到90s,而外特性基本保持不变,若继续增加喉管长度,射流器内流损失急剧增大,外特性开始下滑。通过模拟发现,适当的加长喉管长度不仅使过流能力上有所提升,喉管处的压力有所降低,卷吸能力有所提升,这对于气相过流能力都是有利的。本次对于自吸性能的优化已经应用到公司产品当中。

关键词：射流式离心泵内部流动气相两相流自吸性能气相过流能力

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射流式离心泵空化流动特性研究

射流式离心泵空化流动特性研究

作者：张四代兰州理工大学

学位级别：硕士

射流式离心泵在大流量工况运行时,泵内部易发生空化,导致噪声急剧增大、扬程效率陡降等特性。这些问题已经成为制约射流式离心泵多工况安全稳定运行的一大重要因素。但对相关现象的机理及性能的优化方法鲜有报道。本文采用数值模拟与实... 详细信息

射流式离心泵在大流量工况运行时,泵内部易发生空化,导致噪声急剧增大、扬程效率陡降等特性。这些问题已经成为制约射流式离心泵多工况安全稳定运行的一大重要因素。但对相关现象的机理及性能的优化方法鲜有报道。本文采用数值模拟与实验测量的方法,对射流式离心泵空化特性进行研究探索。分析了射流式离心泵空化特性与射流器内高速循环射流及强剪切流结构间的内在关系。本文的主要研究内容有以下几个方面:1.搭建射流式离心泵实验测试系统,分别对四种安装高度下射流式离心泵的空化及能量特性进行实验研究。实验结果表明:随着流量的增大,射流式离心泵扬程-流量曲线、功率-流量曲线、效率-流量曲线均出现陡降点,泵的水力性能急剧下降。随着安装高度逐渐增大,性能陡降点向小流量工况偏移。2.应用ANSYS-CFX软件对射流式离心泵进行单相数值计算。分析了不同流量下射流式离心泵内部流场信息。研究发现:由于喷嘴出口高速射流,射流式离心泵内压力最低点出现在射流器喉管处;射流器内能量交换在扩散段之前基本完成;射流式离心泵射流器内强剪切流动结构及泵腔漩涡流动是此类型泵能量损失的重要来源之一。3.对比分析了面积比m对射流式离心泵性能的影响,研究了三种面积比m的射流式离心泵射流器内流场信息。射流器面积比m对射流式离心泵性能影响巨大。随着面积比的增大,射流式离心泵扬程曲线的斜率不断减小,射流式离心泵效率随着面积比的增大而增大,轴功率随着面积比的增大而减小;面积比越小,射流喷嘴给叶轮进口提供的能量越大。4.射流式离心泵在大流量工况运行时出现性能陡降特性,为研究其性能陡降机理及性能陡降点工况泵内流动结构,对射流式离心泵在0.0m安装高度下的空化性能进行空化数值模拟,分析了射流式离心泵性能陡降点附近工况泵中间截面压力分布、空泡分布及射流器内速度云图,解释了空化发生在射流器喉管处的原因;为分析射流器对泵空化性能的影响,填堵喷嘴出口,由数值方法分析了无射流时泵的空化性能。设计了两种不同面积比的射流器,对比分析了面积比对射流式离心泵空化性能的影响。研究结果表明:数值模拟结果与试验数据吻合较好,设计工况扬程H和效率η的相对误差分别为2.46%和1.12%。数值模拟的空化流量点比实验测试得到的空化流量点大0.5m/h;射流式离心泵由于其面积比值较小,射流剪切层被迅速排挤到喉管壁面,泵内最低压力点出现在喉管内喷嘴稍后处,空化最早发生在该处;随着流量的增大,空化区域急剧向叶轮进口扩展,性能陡降起始点正好是泵内初生空化流量点,射流式离心泵的空化性能取决于其射流器的空化性能;射流器能提升离心泵扬程和自吸性能,但射流器内高速回流及强剪切流动,导致其效率及空化性能大幅度下降。随着面积比的增大,泵空化流量增大,泵的空化性能提高,泵功率降低,效率提高。

关键词：射流式离心泵内部流动性能陡降空化面积比

基于大涡模拟的射流式离心泵射流器内部的流动特性

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排灌机械工程学报 2017年第5期35卷 369-374页

作者：李贵东王洋杨学明赵立峰吴文胡日新江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 安徽莱恩电泵有限责任公司安徽宁国242300

采用动态亚格子应力大涡模拟方法对射流式离心泵射流器进行研究,探讨瞬态静压情况对射流式离心泵初生空化特性的影响,并与SST k-ω湍流模型的模拟结果进行对比.结果表明:基于时间平均的SST k-ω湍流模型不能很好地模拟泵喉管内部的压力... 详细信息

采用动态亚格子应力大涡模拟方法对射流式离心泵射流器进行研究,探讨瞬态静压情况对射流式离心泵初生空化特性的影响,并与SST k-ω湍流模型的模拟结果进行对比.结果表明:基于时间平均的SST k-ω湍流模型不能很好地模拟泵喉管内部的压力脉动情况,压力值随时间变化基本保持恒定值;基于动态亚格子模型的大涡模拟结果则能得到压力脉动随时间的变化,且得到的结果也更能反映实际情况,与试验结果相一致;高速流体与低速流体相互作用的剪切层位置处形成围绕喷嘴的圆环形柱状涡带,失稳涡带发生扭曲变形产生强烈的压力脉动,这种扭曲变形的涡带向下游发展并吸收高速流体的能量,使其分解的涡带导致脉动幅值在进入喉管处达到最大值,因此该处较容易发生空化.

关键词：射流式离心泵射流器压力分布空化大涡模拟