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叶片缝隙引流对高速诱导轮性能的影响

排灌机械工程学报 2021年第12期39卷 1196-1202页

作者：程效锐李敏李天鹏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

为了研究叶片缝隙引流对高速诱导轮性能的影响,以1台带前置诱导轮的高速离心泵为研究对象,就诱导轮叶片设置5种不同缝隙下高速离心泵内部流场进行数值模拟,研究诱导轮叶片缝隙引流对其自身及高速离心泵性能的影响.对比分析了开缝后诱导... 详细信息

为了研究叶片缝隙引流对高速诱导轮性能的影响,以1台带前置诱导轮的高速离心泵为研究对象,就诱导轮叶片设置5种不同缝隙下高速离心泵内部流场进行数值模拟,研究诱导轮叶片缝隙引流对其自身及高速离心泵性能的影响.对比分析了开缝后诱导轮截面内速度分布、诱导轮外特性曲线、高速离心泵空化特性曲线、诱导轮流道内空泡分布以及诱导轮沿轴向位置各截面静压分布规律.结果表明,叶片表面设置缝隙可减弱诱导轮叶顶间隙泄漏流对管道壁面的冲击,削弱叶片进口边吸力面附近的旋涡,改善该区域的流态;缝隙可改变诱导轮流道内压力的分布,从而影响诱导轮流道内的空泡的分布,且合理设计缝隙的大小可使高速离心泵的空化性能得到改善.

关键词：高速诱导轮缝隙引流空化数值模拟

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高速诱导轮上游口环引流装置环形喷嘴几何参数对其空化性能的影响

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高速诱导轮上游口环引流装置环形喷嘴几何参数对其空化性能的影响

作者：强欢欢兰州理工大学

学位级别：硕士

高速离心泵具有高速化、微型化以及结构紧凑等诸多特点,有广泛的应用前景,但其在高速化运行时极易发生空化现象,高速诱导轮作为高速离心泵前置的重要增压水力部件,必须深入探究高速诱导轮产生空化的主要因素,以高速诱导轮发生空化的机... 详细信息

高速离心泵具有高速化、微型化以及结构紧凑等诸多特点,有广泛的应用前景,但其在高速化运行时极易发生空化现象,高速诱导轮作为高速离心泵前置的重要增压水力部件,必须深入探究高速诱导轮产生空化的主要因素,以高速诱导轮发生空化的机理为出发点,采取有效措施改善高速诱导轮的空化性能。本文以某型号前置高速诱导轮的高速离心泵为研究对象,基于喷射原理,设计了一种口环引流装置。通过数值计算和试验验证相结合的方法研究了口环引流装置对高速诱导轮空化性能的影响,并重点研究了口环引流装置环形喷嘴几何参数(轴向位置L、宽度B和倾角A)对高速诱导轮空化性能的影响。主要研究内容和研究成果如下:1.环形喷嘴轴向位置对高速诱导轮空化性能的影响。通过确定原始方案O以及环形喷嘴与高速诱导轮轴向距离分别为-2mm,0mm,2mm共4组方案,研究了口环引流装置对高速诱导轮空化性能的影响以及口环引流装置的环形喷嘴在不同轴向位置时对高速诱导轮空化性能的影响。通过分析不同方案空化特性曲线,空泡体积和轴截面汽相体积分数分布,高速诱导轮表面压力分布,高速诱导轮流道轴面流线分布以及不同方案对高速离心泵扬程和效率的影响。研究得出:高速诱导轮发生空化时空泡最先出现在叶片进口吸力面外缘处,随着空化数的减小,空泡继续向轮毂前端以及上游流道扩散,最后充满上游流道;口环引流装置可以改善高速诱导轮的空化性能,但会使泵扬程和效率略有降低;环形喷嘴在不同轴向位置时对高速诱导轮空化性能改善程度不同,对泵扬程和效率的影响程度也不同,当环形喷嘴与高速诱导轮轴向距离为0mm时,口环引流装置对高速诱导轮空化性能改善效果最佳,最佳方案临界空化数较原始方案O降低了23.53%,且对泵扬程和效率影响最小,即当位径比α为0时,环形喷嘴轴向位置最佳。2.环形喷嘴宽度对高速诱导轮空化性能的影响。在上一章研究的基础上,通过确定原始方案O和环形喷嘴宽度分别为1mm,3mm,5mm,7mm,9mm共6组方案,进一步研究了环形喷嘴宽度大小对高速诱导轮空化性能的影响。通过分析不同方案空化特性曲线,空泡体积和轴截面汽相体积分数分布,高速诱导轮能量传递情况,高速诱导轮流道轴面流线和周向漩涡分布以及不同方案对高速离心泵扬程和效率的影响。研究得出:不同环形喷嘴宽度的口环引流装置对高速诱导轮空化性能的改善程度不同,对泵扬程和效率影响程度也不同,当环形喷嘴宽度为3mm时,口环引流装置对高速诱导轮空化性能改善效果最佳,最佳方案临界空化数较原始方案O减小了38.24%,且对泵扬程和效率影响最小,即当宽径比λ为0.074时,环形喷嘴宽度最佳。3.环形喷嘴倾角对高速诱导轮空化性能的影响。在上两章研究的基础上,通过确定原始方案O和环形喷嘴倾角分别为0°,15°,30°,45°共5组方案,进一步研究了环形喷嘴倾角大小对高速诱导轮空化性能的影响。通过分析不同方案空化特性曲线,空泡体积与轴截面以及高速诱导轮表面汽相体积分数分布,高速诱导轮表面压力分布,高速诱导轮流道轴面流线分布以及不同方案对高速离心泵扬程的影响。研究得出:口环引流装置的环形喷嘴为不同倾角时,对高速诱导轮空化性能改善程度不同,对泵扬程的影响程度也不同,当环形喷嘴倾角为0°时,口环引流装置对高速诱导轮空化性能改善效果最佳,对泵扬程影响最小。

关键词：高速诱导轮空化性能口环引流装置环形喷嘴几何参数

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环形喷嘴宽度对高速诱导轮空化特性的影响

航空学报 2024年第4期45卷 128-141页

作者：赵伟国强欢欢李兴国兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050

为改善高速诱导轮的空化性能,本研究基于喷射原理,以某型号高速离心泵为研究对象,设计1种口环引流装置,并确定原始方案和环形喷嘴宽度分别为1 mm、3 mm、5 mm、7 mm、9 mm共6组方案,通过数值计算与试验验证相结合的方法研究了不同方案... 详细信息

为改善高速诱导轮的空化性能,本研究基于喷射原理,以某型号高速离心泵为研究对象,设计1种口环引流装置,并确定原始方案和环形喷嘴宽度分别为1 mm、3 mm、5 mm、7 mm、9 mm共6组方案,通过数值计算与试验验证相结合的方法研究了不同方案对高速离心泵外特性和其流道空泡体积的影响以及不同方案对高速诱导轮能量传递和其流场分布的影响。研究发现:高速诱导轮最先在叶片进口吸力面外缘处发生空化,随着空化数的减小,诱导轮轮毂前端也生成了大量沿中心流道向上游继续扩散的圆锥状空泡,最后充满上游流道呈柱状分布,口环引流装置可以通过引射叶轮出口高压流体对诱导轮进口低压区进行压力补偿,且引射流能有效阻止叶顶间隙泄漏流,从而改善诱导轮的空化性能。但本研究的不同宽度方案对其空化性能的改善程度不同,当环形喷嘴宽度为3 mm时,对高速诱导轮空化性能改善效果最佳,临界空化数较原始方案减小了38.24%,即当宽径比λ为0.074时环形喷嘴宽度最佳。

关键词：高速诱导轮喷射原理口环引流装置环形喷嘴宽度空化性能

来流含气对高速诱导轮内部流动及空化特性的影响

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来流含气对高速诱导轮内部流动及空化特性的影响

作者：蔡明哲浙江理工大学

学位级别：硕士

高速离心泵广泛应用于航空航天、石油化工以及冶金等领域。由于泵的转速较高,叶轮入口液体易空化,在离心叶轮前加装诱导轮以改善泵的空化性能是保证离心泵稳定运行的有效措施。随着石化工业和航空航天技术的快速发展,离心泵输送的介质... 详细信息

高速离心泵广泛应用于航空航天、石油化工以及冶金等领域。由于泵的转速较高,叶轮入口液体易空化,在离心叶轮前加装诱导轮以改善泵的空化性能是保证离心泵稳定运行的有效措施。随着石化工业和航空航天技术的快速发展,离心泵输送的介质由单相扩展到气液两相甚至多相。诱导轮作为提升离心泵空化性能的主要措施,它本身的性能十分关键,因此非常有必要对诱导轮内部多相流动进行研究。本文以高速诱导轮为研究对象,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,分析了来流含气对高速诱导轮内部流动和空化特性的影响。该研究为改善输送气液两相介质高速离心泵空化性能的研究提供参考。主要研究内容如下:(1)采用UG 8.5对诱导轮进行了全流场三维建模,利用ICEM对其进行网格划分,并进行了网格无关性验证;分析确定了空化模型和气液两相流模型。(2)设计搭建了气液两相流实验台,针对诱导轮开展了清水和来流含气工况的外特性实验及空化性能实验、来流含气工况可视化拍摄实验,并将数值模拟计算结果与实验结果进行了对比,验证了数值模拟的可靠性。(3)基于欧拉-欧拉非均相流模型对3种含气率下诱导轮内部流场进行了数值模拟计算,对比分析了不同含气率下诱导轮的外特性、压力场和轴向静压分布;分析了诱导轮子午面的湍动能的变化,揭示了诱导轮性能降低的原因;分析了诱导轮流道内气体的分布规律,发现气体主要聚集在前缘轮缘和流道里靠近轮毂的低叶高区域;随着含气率的上升,前缘轮缘的气体向周向及叶片方向扩展,流道里气体则向叶顶方向蔓延。(4)在气液两相模拟的基础上,加入Zwart-Gerber-Belamri空化模型对三种含气率下诱导轮内部的空化流动进行了数值模拟计算,分析了空化特性曲线,发现来流含气率1%时诱导轮的临界气蚀余量最低;分析了来流含气空化工况下诱导轮子午面和轴向的静压分布;分析了不同工况下流道内空泡的分布规律,发现来流适当含量的气体有利于将空泡压控在诱导轮的叶顶区域,减少空泡在轮毂和流道里的分布,从而减少对主流造成的影响,而过高的气体含量则会使诱导轮的空化性能变差。

关键词：高速诱导轮空化来流含气数值模拟实验

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高速诱导轮三维非定常湍流数值模拟

排灌机械 2008年第3期26卷 59-63页

作者：许友谊奚伟永杨敏官江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

基于N-S方程和滑移网格技术,利用FLUENT软件对诱导轮内部流场进行了全三维非定常湍流数值模拟,获得了诱导轮内部的速度分布、静压分布以及流体压力脉动特征等重要的流动信息.描述了诱导轮进口及轮缘间隙处的回流现象,解释了回流现象发... 详细信息

基于N-S方程和滑移网格技术,利用FLUENT软件对诱导轮内部流场进行了全三维非定常湍流数值模拟,获得了诱导轮内部的速度分布、静压分布以及流体压力脉动特征等重要的流动信息.描述了诱导轮进口及轮缘间隙处的回流现象,解释了回流现象发生的原因,即轮缘处叶片压力面和吸力面存在压差;分析了回流引起的进口低压区对诱导轮汽蚀性能恶化的过程;采用快速傅立叶变换处理监测点的压力脉动数据,发现流体压力脉动中的主导频率成分约为转频的Z次谐波,所以可避免流体脉动诱发的机械谐振.模拟结果为高速诱导轮的改进设计提供了一定的理论依据.

关键词：高速诱导轮非定常湍流数值模拟汽蚀回流

台阶壳体对诱导轮空化流动特性影响的数值研究

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应用力学学报 2024年

作者：许啸雨项乐陈晖许开富林荣浩西安航天动力研究所

液体火箭发动机的可重复使用和大范围变推力对作为心脏部件的涡轮泵做功能力提出了极高的要求，诱导轮是决定涡轮泵抗空化能力的关键部件。空化流动特性对来流条件比较敏感，通过修改诱导轮入口壳体结构特征，可能有利于诱导轮空化性能... 详细信息

液体火箭发动机的可重复使用和大范围变推力对作为心脏部件的涡轮泵做功能力提出了极高的要求，诱导轮是决定涡轮泵抗空化能力的关键部件。空化流动特性对来流条件比较敏感，通过修改诱导轮入口壳体结构特征，可能有利于诱导轮空化性能的提升。采用先进的自适应空化模型对某典型三叶片诱导轮内空化流动特性进行数值仿真研究，首先基于可视化试验结果对数值仿真方法进行充分验证，发现采用的数值方法能够较好预测诱导轮内部空化形态和空化性能。基于数值仿真对匹配不同阶梯壳体的诱导轮内部空化流动特性进行深入分析，结果表明，扩张角为30°时的阶梯壳体性能最优，阶梯扩张使得诱导轮上游间隙增大，减弱了流体激振效应，在泄漏涡空化起始处，阶梯壳体形成类似回流涡的结构，对泄漏涡空化的涡心产生引导作用，导致空化区向上游发展，同时阶梯将空化区分割开，抑制了向下游发展的空化气泡，从而减小空化区对流道的堵塞和对相邻叶片入口冲角的干扰，进而提升诱导轮的空化性能并稳定了流道内流态。

关键词：高速诱导轮叶顶间隙泄漏涡空化空化不稳定阶梯壳体空化模型

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喷嘴角度对诱导轮汽蚀特性的影响

水泵技术 2024年

作者：强欢欢高丙文刘金晶刘陇清许强杨军虎西安泵阀总厂有限公司兰州理工大学能源与动力工程学院

为改善诱导轮汽蚀特性，以某型号前置高速诱导轮的离心泵为研究对象，借助前口环间隙设计一种泵内循环增压装置，并确定原始方案和喷嘴角度分别为0°、15°、30°、45°共5种方案。研究了各方案的汽蚀特性曲线、空泡体积与气相体积分数... 详细信息

为改善诱导轮汽蚀特性，以某型号前置高速诱导轮的离心泵为研究对象，借助前口环间隙设计一种泵内循环增压装置，并确定原始方案和喷嘴角度分别为0°、15°、30°、45°共5种方案。研究了各方案的汽蚀特性曲线、空泡体积与气相体积分数分布，诱导轮表面静压分布和诱导轮流道流态分布以及各方案对泵扬程的影响。研究发现：泵内循环增压装置能有效引入叶轮出口高压液流提高诱导轮进口低压区压力，且引射流对叶顶间隙回流有一定抑制作用，从而改善诱导轮的汽蚀特性。但喷嘴角度不同时，对诱导轮汽蚀特性改善程度不同，对泵扬程影响程度也不同。当喷嘴角度为0°时，泵内循环增压装置对诱导轮汽蚀特性改善效果最佳，对泵扬程影响最小。

关键词：离心泵高速诱导轮汽蚀特性增压装置喷嘴角度