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低比转速离心泵叶轮叶片流道轴向漩涡特性研究

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低比转速离心泵叶轮叶片流道轴向漩涡特性研究

作者：周星丞西华大学

学位级别：硕士

离心泵是一种依靠叶轮高速旋转来促使流体做功的叶片泵,叶轮是离心泵的心脏。叶轮将机械能传递给流体,提高流体的压力,完成流体输送。叶轮内流体呈现三维非稳态的复杂流动状态。轴向漩涡是叶轮内一种特殊的流动现象,它的速度分布规律与... 详细信息

离心泵是一种依靠叶轮高速旋转来促使流体做功的叶片泵,叶轮是离心泵的心脏。叶轮将机械能传递给流体,提高流体的压力,完成流体输送。叶轮内流体呈现三维非稳态的复杂流动状态。轴向漩涡是叶轮内一种特殊的流动现象,它的速度分布规律与叶轮内的脱流现象及泵的扬程关系密切,对轴向漩涡流动特性展开研究,能够为离心泵优化设计提供理论参考,对提高离心泵效率有着重要意义。文章基于轴向漩涡的理论分析,结合PIV试验和数值模拟对不同粘度的流体介质在叶轮封闭单流道内的流动特性进行了研究,本文的主要内容和结论如下:（1）对轴向漩涡的成因和轴向漩涡对叶轮出口滑移、离心泵性能的影响,介质粘度对离心泵内部流动的影响等研究现状进行了总结。通过理论分析,得到轴向漩涡的流动特征具有强制涡的流动特点。运用一元理论,设计了一前后盖板平行的低比转速叶轮,叶片采用等角螺旋线形成的圆柱形叶片。为尽量避免PIV试验中弯曲叶片对激光的干涉,满足PIV测试的需要,在几何参数不变的条件下,另外设计了进出口安放角均为90°的直叶片叶轮。建立了两种不同叶片形状的叶轮封闭单流道水体模型。（2）对直叶片封闭单流道进行了数值模拟,分别模拟了水在不同温度对应不同粘度、四个不同转速（400r/min、600r/min、800r/min、1200r/min）、不同流体介质的内部流动特征。在封闭单流道内垂直于轴心线截取了三个平面,通过对这三个平面内的流场进行分析,得到以下结论:封闭单流道内的流体介质流动具有同一性,针对本文模型,流动呈二维平面流动特征;温度对边界相对速度有一定的影响,但影响不显著;压力会随着温度的增大而增大;介质粘度对边界相对速度会产生一定的影响。（3）搭建了轴向漩涡PIV测试试验系统,在不同转速下,采用不同粘性的流体介质对叶轮封闭单流道的内部流场进行了测试,结果显示:不同工况下,介质在封闭单流道内均会形成轴向漩涡,且轴向漩涡在垂直于轴心线的三个平面内呈现相同的流动特征,这与数值模拟结论一致,验证了数值模拟的合理性。（4）对圆柱形叶片封闭单流道进行数值模拟结果分析,结果表明:同直叶片相同,圆柱形叶片封闭单流道内也会形成具有相同流动特征的轴向漩涡;转速和介质粘度对压力会产生影响;转速与边界相对速度成线性关系;介质粘度与边界相对速度成反比关系。

关键词：离心泵叶轮轴向漩涡流场分析 PIV试验

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轴流泵内部流场的二维粒子成像测速试验

农业工程学报 2013年第23期29卷 93-98,F0004页

作者：张华施卫东陈斌张德胜胡啟祥江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013 合肥工业大学化工机械研究所合肥230009

为研究0.8Qopt工况下,叶轮及导叶进出口的流场分布情况,选择比转速ns=700的轴流泵进行模型缩放,并对其进行结构改造,以得到能够适合于2D-PIV内部流场测试的试验台。结构改造包括:采用透明的有机玻璃材料代替传统金属材料,达到内部可视... 详细信息

为研究0.8Qopt工况下,叶轮及导叶进出口的流场分布情况,选择比转速ns=700的轴流泵进行模型缩放,并对其进行结构改造,以得到能够适合于2D-PIV内部流场测试的试验台。结构改造包括:采用透明的有机玻璃材料代替传统金属材料,达到内部可视化的目的;将传统的锥形扩散式导叶体设计成圆柱状,以减小光学折射的复杂程度;合并转轮室及导叶外筒壁,使之成为一个整体,以消除叶轮区域与导叶区域之间法兰对内部流场的遮挡;将导叶内轴承后移,并加装筋板,使得载荷能够顺利传递到基础中。综合以上手段,成功改造了试验泵段。在PIV试验过程中,利用轴编码器及同步装置,取得了很好的同步效果。同时,以有机玻璃空心球作为示踪粒子,配合新的标定方式,取得了理想的试验效果。从试验结果分析可知:在0.8Qopt流量下,叶轮进口边外缘处受叶顶泄漏影响,使得该处来流向轮毂侧偏转,但叶轮进口前端截面上的流场整体分布较为均匀;叶轮轮毂与导叶轮毂之间存在的顺时针方向漩涡,对叶轮出口边根部附近的流场造成较大的影响,且叶轮出口边与导叶进口边轴向间隙内的流场具有整体向外缘偏转的趋势;导叶出口以后的流线方向则向轮毂侧偏转,且在出口边外缘处出现局部高速区域。

关键词：流场泵试验轴流泵小流量泵段改造 PIV 叶顶泄漏轴向漩涡

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涡流空气分级机圆弧形叶片转笼的设计

机械工程学报 2016年第2期52卷 195-201页

作者：任文静刘家祥于源北京化工大学机电工程学院北京100029 北京化工大学材料电化学过程与技术北京市重点实验室北京100029

涡流空气分级机分级粒径主要受转笼转速与入口风速匹配关系的影响。入口风速一定时,转笼转速越高,分级粒径越小,但这会造成流场速度分布不均匀,而降低分级精度。利用Fluent软件对具有直叶片转笼结构的涡流空气分级机进行建模和数值模拟... 详细信息

涡流空气分级机分级粒径主要受转笼转速与入口风速匹配关系的影响。入口风速一定时,转笼转速越高,分级粒径越小,但这会造成流场速度分布不均匀,而降低分级精度。利用Fluent软件对具有直叶片转笼结构的涡流空气分级机进行建模和数值模拟,分析转笼内流场特性,针对其流场不均匀及转笼入口冲角大等现象,对转笼叶片的形状及安装角进行改进,提出一种圆弧形叶片转笼的设计方法。通过数值模拟及物料试验对改进结果进行验证,数值模拟结果表明:圆弧形叶片转笼入口冲角减小,流道内流场更加均匀,分级粒径减小。碳酸钙分级试验结果与数值模拟结果吻合:设计工况即入口风速为12 m/s,转笼转速为1 200 r/min时,采用设计的圆弧形叶片转笼在保持分级精度不变的情况下,分级粒径减小了11.5%。

关键词：涡流空气分级机转笼圆弧形叶片轴向漩涡分级粒径

基于CFD的离心泵叶轮内部流动分析与试验对比

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水电能源科学 2014年第4期32卷 171-174页

作者：尚勇刘小兵曾永忠西华大学能源与环境学院四川成都610039

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶... 详细信息

为了解有空间导叶的离心泵叶轮内部水力性能,借助NUMECA公司的FINE软件,采用NavierStokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,分别在0.8Qopt、Qopt、1.2Qopt工况下对离心泵内部流动进行数值模拟计算。结果表明,随流量的增加,靠近进口边叶片吸力面的抗空蚀性能逐渐增强;叶片间轴向漩涡的位置与流量无关;出口边径向速度随流量增加而增大;出口边切向速度随流量增加而减小。与试验结果的比较表明,在Qopt工况下,数值模拟能有效预测泵内部的复杂三维流动与水力性能。

关键词：离心泵 FINE 数值模拟轴向漩涡水力性能

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离心泵性能预测及实验研究

水电站机电技术 2014年第4期37卷 67-69页

作者：余学军尚勇长沙山水节能研究院有限公司湖南长沙410116 西华大学能源与环境学院四川成都610039

借助CFD软件FINE,应用k-ε湍流模型,对离心泵内部全三维湍流流场做数值计算。计算结果表明:随着流量的增大,叶片表面压力梯度逐渐减小;在小流量工况时,水流冲击叶片进口工作面,大流量工况时,水流冲击叶片进口吸力面;流量大小与叶轮内的... 详细信息

借助CFD软件FINE,应用k-ε湍流模型,对离心泵内部全三维湍流流场做数值计算。计算结果表明:随着流量的增大,叶片表面压力梯度逐渐减小;在小流量工况时,水流冲击叶片进口工作面,大流量工况时,水流冲击叶片进口吸力面;流量大小与叶轮内的轴向漩涡的位置无关;与实验结果比较,表明在设计工况附近,数值模拟对离心泵内部的复杂三维流动的水力性能预测是准确的。

关键词：离心泵 FINE 轴向漩涡水力性能