靳李平[1]2003年在《离心泵的CFD分析与改型设计》文中指出本文在全面分析国内外离心泵CFD研究现状的基础上，结合陕西交口灌区离心泵改型研究项目，应用标准k-ε紊流模型加壁面函数法对离心水泵叶轮内部的三维紊流流动进行了详细的数值计算与分析，获得了离心泵叶轮通道内的速度场，压力场。通过对原型离心泵叶轮通道内流动进行CFD分析后发现，在原型离心泵进口处具有头部撞击，在叶轮吸力面距离出口叁分之一有旋涡，说明叶轮翼型安放角度不合理。另外，在叶轮出口，工作面和吸力面中间的翼型厚度之间的出流角与其他范围出流角明显不同，在该范围内容易产生撞击和水流的紊乱，说明叶轮翼型出口厚度太大。通过分析叶片型式对流速分布、压力分布以及泵性能的影响。提出了叁维紊流数值分析基础上的离心泵叶轮改型设计方法。主要有以下几方面。 1．改进叶轮进水角。使之适应来流条件，达到进口无撞击。 2．改变叶轮翼型安放角度，进一步消除旋涡。 西安理工大学工程硕士学位论文一 3．改变叶轮翼型出水边厚度，使之水流出水角均匀。 完成叶轮改型设计后，又经CPD分析验证以上分析及改型的效果。
闫永强[2]2004年在《基于Bézier曲面造型与CFD分析的离心泵叶轮优化设计》文中研究说明本文将曲面造型与数值计算有机的结合在一起应用到离心泵叶轮的优化设计中。采用曲面造型得到计算区域，通过对离心泵叶轮内部流场的数值计算与分析，为离心泵优化设计提供准确的修改意见，设计出水力性能优异的叶轮。 首先采用速度系数法计算得到离心泵叶轮的基本参数，再由Bézier曲线生成一组叶轮叶片型线，按照加厚原理对型线进行加厚，得到正背叶片线，再采用张量积Bézier曲面生成叶片正背面，由MDT进行叁维实体造型得到叶片，从而得到流场计算区域的模型。而后采用基于雷诺时均N-S方程与标准κ-ε湍流模型来求解离心泵叶轮内三维粘性紊流，在非结构化网格中，采用基于有限元的有限体积法对方程进行离散，用压力校正法进行数值求解。本文结合实例，通过对原型泵CFD计算结果的分析，提出了两个优化改型方案，并对优化改型方案进行了数值计算。通过与原型泵结果的对比，说明优化改型设计是成功的。
邵国辉[3]2008年在《基于性能预测的低比转速主油泵改型及优化设计》文中研究指明低比转速离心泵广泛用于发电厂、石油、化工、城市供水、农业排灌等行业。这类低比转速离心泵普遍存在着效率低,运行稳定性差、在大流量区域易产生过载等问题。在火电厂和核电厂供油系统中主油泵是典型的低比转速双吸离心泵。主油泵作为汽轮机组供油系统的动力源和核心设备,其性能对汽轮机组的安全运行有非常大的影响。随着汽轮机组单机容量的不断增加和结构尺寸的巨型化,对汽轮机组的油系统的适应性和可靠性要求越来越高,也相应地对主油泵的设计提出了更大的挑战。为了满足大型汽轮机机组油系统需要,这类主油泵工作参数不仅要求升压比高达15～20倍,而且要求流量大和对变工况的适应性强。不仅要求主油泵具有较高的流体动力效率,性能曲线较为平坦,而且具有较好的空化性能。为达到工作参数要求,一般必须采用超低比转速(常低于40)的单级双吸离心泵,其工作参数要求和高性能参数要求往往产生矛盾,如何合理解决和协调是这类泵流体动力设计中的关键问题。传统以模型试验为主的研究开发方式已很难满足这些要求,非常有必要探索基于性能预测的优化设计方法来解决这类低比转速双吸油泵研究开发。另外一方面,由于大量已在运行的低比转速离心泵普遍存在着效率低等问题,如一些300MW及以下机组配套的主油泵现在也极需要进行改造和改型设计。为了解决改型设计问题并降低改造成本,采用基于性能预测的改型设计方法是有效的途径之一。本文根据工程实际需要,以提高效率和运行稳定性为优化目标,研究适合低比转速双吸离心泵的优化设计方法。结合国内某300MW汽轮发电机组油系统的主油泵改型设计要求来探索基于性能预测的低比转速双吸离心泵流体动力优化设计方法。首先对300MW机组的主油泵进行全流道叁维流场数值模拟和性能预测验证,分析其存在的问题。再对引进的600MW汽轮发电机组配套的主油泵的进行数值模拟分析,研究分析其流道设计思想,并以该主油泵的叶轮流道形状作为参考,根据300MW机组的主油泵的工作参数要求制定初步的改型设计的方案。然后,通过“数值模拟试验——修改设计流道几何参数和形状”的多次循环,直至获得满足工作参数和性能的流道,而最终实现对其流道改型和优化设计。将基于全流道数值模拟及性能预测方法应用于双吸主油泵过流部件的改型及优化设计中,通过数值试验取代高成本的模型试验。本文的方法已成功用于实际工程,解决了某300MW机组的主油泵流道改型设计。不仅提高了流体动力性能,而且缩短研制周期和降低开发成本。本文的课题同国内大型汽轮机制造厂合作,将基于全流道数值模拟及性能预测方法应用于双吸主油泵过流部件的流体动力优化设计,在设计过程中考虑整个运行范围内如何提高这类低比速双吸主油泵的效率和运行的稳定性。并已将研究成果用于大型汽轮机组配套的主油泵国产化和国内自主创新研究开发中。无论对我国发电设备制造业的自主创新,还是对这类离心泵的设计理论和方法的发展都有重要意义。
张朝彬[4]2017年在《叶轮出口边及径向导叶结构对离心泵性能影响的数值研究》文中研究说明离心泵作为一种广泛应用的叶轮机械,目前已有大量学者对其在运行过程中存在的振动、噪音、运行效率较低和压力脉动等问题进行了相关研究并取得了大量成果。但仍然存在离心泵叶轮与导叶动静耦合处压力脉动较大,叶轮轴向力较大等问题。本文通过对一台带径向导叶的单级单吸离心泵进行模拟计算。分析叶片出口边倾角为0°、5°、10°、15°、20°工况,得出倾角为15°时,对离心泵水力效率和压力脉动强度改善效果最优。叶片出口边倾斜改型后叶轮轴向力大幅变化,对15。倾角模型泵进行了平衡叶轮轴向力的改型研究。同时为继续降低倾斜改型后离心泵内的压力脉动强度,对15。倾角模型泵,选取叶高系数为0.8、0.6、0.4的径向正导叶分别进行了改型研究。经对比发现:(1)叶片出口边倾斜改型后:小流量下随着叶片出口边倾角增大,泵的扬程下降率逐渐增大,大流量下随着叶片出口边倾角增大,泵的扬程先逐渐增大后降低。叶片出口边倾角为15°时模型泵的水力效率和压力脉动强度改善效果最优,此时模型泵的额定工况点效率提升0.41%,1.13Q流量下效率提升0.53%,扬程提升0.92%,模型泵性能曲线更平滑,模型泵的压力脉动强度较改型前下降11.1%。(2)叶轮轴向力平衡:对叶轮出口边15°倾角模型泵改变盖板直径发现,降低前盖板直径可在不影响泵水力性能的情况下较好的降低叶轮轴向力。增加后盖板直径也可以达到平衡轴向力的目的,但会对叶轮出口处的流态产生影响,小幅度降低模型泵的水力性能;(3)径向正导叶改型后:对15。倾角模型泵选择不同的正导叶叶片高度继续研究发现,选择合理的正导叶叶片高度可继续降低模型泵内的压力脉动强度。当正导叶叶高系数为0.6时各监测点平均压力脉动强度系数最低,较改型前下降11.0%。但降低正导叶叶片高度会使离心泵的高效区域逐渐变窄,径向导叶的扩压能力逐渐下降。
刘胜[5]2006年在《螺旋离心泵内部流场全叁维数值模拟》文中提出随着科技的进步和经济的发展,使用水力机械输送各种固态物质的领域不断扩大。螺旋离心泵作为一种新型杂质泵,将螺旋泵与离心泵融合为一体,其独特的结构可将两者的优势充分发挥。与传统杂质泵相比,螺旋离心泵具有一系列的优点:可通性好、不易堵塞、过流部件磨损小、效率高、使用寿命长、运行费用低,并且具有良好的可调节性。 为了使螺旋离心泵能够具有更优良的性能,传统的设计方法已经不能很好的满足两相流工况下的流动条件。因此,了解内部流场的流动规律对设计者尤为重要。由于实验研究面临投资大、周期长等实际困难,实验的手段,数据的精度和可靠性受测试仪器仪表和环境的制约,对内部流场的分析和细微流动机构的分析能力有限。通过CFD软件模拟内部流场越来越受到人们的青睐,它可以弥补试验的不足之处,反过来又可以为试验提供必要的指导。 本文分析总结了国内外在固液两相流以及螺旋离心泵方面的研究发展状况;研究了CFD理论和数学模型;对一螺旋离心泵进行了实体建模和网格划分;利用Fluent和Star-CD两种CFD软件对螺旋离心泵内部流场进行了数值计算和分析,研究了不同含沙量,不同颗粒粒径、不同工况下的内部压力、速度和含沙浓度分布规律,捕捉到了一些重要的流动现象,并进行了详细的分析。探索到影响螺旋离心泵性能的若干因素,为改进叶片叶型设计、提高整机效率等提供了必要的参考。结果表明,通过两种CFD软件对输送清水介质时的数值模拟结果与实测结果基本吻合;在对固液两相流体介质输送的模拟结果也大致符合两相流的流动规律;此外颗粒的大小和固相的浓度都对流动都有一定的影响。针对隔舌处磨损严重的状况进行了改型设计,达到预期目的。研究结果对泵性能的改善与改进提供有益的信息,为螺旋离心泵的设计提供了一定的理论依据。
李瑞光[6]2011年在《大流量冲压焊接多级离心泵设计方法与内流机理研究》文中研究说明冲压焊接离心泵是采用冲压、焊接技术生产的新型离心泵。因其与传统离心泵相比具有耐腐蚀、生产效率高、制造工艺节能环保、结构紧凑以及表面光洁美观等特点,近年来在国际上有了很大的发展。国内研制的冲压泵大都在小流量低比转速范围,随着社会经济的发展和市场经济的推进,各行业对大流量冲压焊接多级离心泵的需求也越来越大。然而,大流量中高比转速冲压焊接多级离心泵的设计和内流机理等关键问题有待研究。基于此现状,本文对大流量冲压焊接多级离心泵的水力设计、优化设计和数值分析等进行了研究,旨在提高离心泵的综合性能。主要研究工作如下：(1)研究了流体粘性和叶轮设计参数对大流量中高比转速冲压焊接多级离心泵的影响情况,根据大流量中高比转速泵的特点,对DW 12-30/2.2型离心泵进行了水力设计,给出了粘性影响程度和具体的设计过程,并对冲压焊接多级离心泵过流部件的结构进行了设计(2)建立了以扬程、轴功率、轴向力、汽蚀和损失为分目标向量,以七个主要影响泵水力性能的叶轮参数作为决策向量的多目标优化模型。采用基于Matlab多目标遗传算法对优化模型并行求解,得到了最优妥协解。泵的综合性能有所提高,优化结果可靠,并且对多目标遗传算法优化泵的可行性进行了验证。(3)对冲压多级泵的水力模型和叁维实体进行设计,并在前人研究的基础上,对叶轮局部进行了改型,设计出了叁种不同叶轮形式的冲压多级离心泵。(4)利用Fluent对设计的叁种叶轮形式的多级离心泵的一级进行了数值模拟,得到了多级泵的流动特征信息,总结出了离心泵内部速度和压力的变化规律,发现了内部不良的流动现象,最后对叁种叶轮形式离心泵的流动情况进行了比较,并对水力性能进行了预测,得出了采用扭曲式叶轮形式的冲压多级泵具有较好的综合性能。通过大流量冲压焊接多级离心泵设计方法和内流机理的研究,为冲压多级离心泵的设计制造提供了参考,具有重要的实际应用价值。
黄国富, 常煜, 张海民, 赵文峰, 陈奕宏[7]2009年在《低振动噪声船用离心泵的水力设计》文中认为随着现代船舶对运行环境舒适性要求的提高,船用泵设备的振动噪声控制已显得越来越重要。泵内水流脉动是船用离心泵的最主要振动噪声源,故降低泵内流动脉动是低噪声泵设计的关键之一。该文基于CFD性能预报的叶片泵现代设计方法,对某型船用立式离心泵进行了低振动、低噪声的改型设计。改型设计方案采取了一系列有利于降低泵内流动脉动措施,包括应用双流道蜗壳、增加泵叶梢与蜗舌的间隙、适当增加叶片数、叶片侧斜等。改型设计方案的CFD性能预报结果表明,泵内流动的不稳定性得到了明显改善。进一步的实泵试验台架对比试验结果表明,改型泵的水力性能优于原泵,而一阶叶频流噪声较原泵有大幅降低,获得了6dB以上的改善。
赵安[8]2015年在《低比转速离心泵的多目标优化与湍流模拟方法研究》文中指出低比转速离心泵被广泛应用于小流量、高扬程的流体输送场合。但由于传统的速度系数设计方法难以完全适用于低比转速的范围,致使现有的低比转速离心泵经常存在效率低下、工作特性不稳定等缺点。本文以提升低比转速离心泵性能和稳定性为研究目的,以一台比转速为17的立式管道泵为例,开展低比转速泵的CFD模拟、改型设计和多目标优化设计研究。首先,以提高效率为目的对低比转速管道泵进行了改型设计,采用了长短叶片的叶轮结构,并重新设计了蜗壳。数值模拟结果表明新的矩形蜗壳改善了定子与转子的匹配性,减小了叶轮与蜗壳交界面明显的静压降；新叶轮抑制了叶轮流道内尾流的产生和发展,缓解了因惯性产生的轴向漩涡；最终的叶轮切割则在提高该泵水力效率基础上又减小了圆盘摩擦损失。试验结果显示各工况下改型泵的能耗都降低了2kW左右,并且在设计工况点取得了4%以上的总效率提升。其次,为进一步提高低比转速管道泵的性能,开发一个针对叶轮几何形状优化的多目标优化系统。它的两个优化目标函数其一为泵入口静压与叶轮内的最小静压之差,其二为泵体所受扭矩和实际扬程之比以及局部欧拉水头分布曲线和其理想状态的偏离两者之间的加权值。开发了叶轮几何形状的参数化模块、基于实验设计生成初始样本的模块、网格自动生成和CFD模拟模块、基于双层前馈人工神经网络方法的近似模型模块以及作为核心的多目标全局优化算法模块等五个模块,组成完整的多目标优化系统。经该系统优化后的泵不仅在抗气蚀性能和水力效率上相比改型泵有了提升,同时也消除或抑制了一些我们所不期望的流动结构。最后,为更深入地研究低比转速离心泵内部流动的数值模拟方法,本文推导了一种新的局部时均化Realizable k-ε双方程湍流模型,以用户自定义函数的方式在Fluent软件平台上予以实现,并用于计算之前改型泵的内部流动,探讨了网格对计算结果的影响,以及局部时均化模型与普通雷诺时均化模型计算结果的异同,作为之前CFD数值模拟过程合理性和是否满足工业应用所需精度的补充论述。论文结果可为低比转速离心泵的内部复杂流动的数值模拟与过流部件优化设计提供参考。
吕斌[9]2007年在《HGK型离心泵汽蚀原因分析及解决方案研究》文中研究说明HGK60-10型离心泵是单级悬臂式离心泵，水力实验后发现实验结果同额定参数有较大偏差，而且运行时伴随较严重的振动和噪声，该泵额定扬程为30米，但测量值仅为26米，由振动、噪声以及扬程下降的特征可以初步断定该泵性能差的主要原因是由于汽蚀造成。汽蚀的产生原因较多，其中一个主要原因就是由于叶片内部复杂的湍流引起的，近年来，随着计算流体力学(CFD)的发展，从研究离心泵流体流动机理出发，采用数值仿真方法研究离心泵内部流动，利用数值仿真结果来指导泵的设计已经成为可能。本文应用商业CFD软件FLUENT研究该离心泵的内部流动以改进其性能，主要作了以下几方面工作：综述了计算流体力学的概念、研究内容和优势，详细介绍了计算流体力学的基本理论和方法以及所用的几何叁维建模方法；利用有关理论着重研究了该离心泵叶轮流道形状对汽蚀性能的影响，利用流场数值分析的方法，分析了原有泵叶轮的内部流动，得到了大量的叁维湍流场的分析结果，包括静压分布图、总压分布图、速度矢量分布图等。通过对叶轮入口处的流场分析，证实了该泵性能下降是由汽蚀造成的推测；基于速度系数法建立了叶轮优化的数学模型，通过得到的流场数据和该数学模型对原叶轮进行了优化设计，优化结果对叶片的入口角和叶片的入口直径等参数进行了改进，优化后的叶轮达到了提高泵的汽蚀性能和效率的目的。研究结果说明，通过对叶轮流场的数值仿真研究，可以分析出流体在离心泵内的流速和压力分布，揭示离心泵内部流动特征，对探讨影响离心泵效率及产生汽蚀的原因，以及为改进离心泵的叶型设计，提高离心泵的效率，扩大其运行工况范围，提供理论依据。通过优化模型的建立，改进叶轮的设计参数，可以实现提高泵效率和汽蚀性能的目的。
张威[10]2014年在《水空两用发动机压气机叶轮气动设计研究》文中研究指明由于“一体”、“联合”、“全维”将成为未来战场的特点，能够多栖作战的武器装备成为战场上的必然产物，对于飞机而言更是首当其冲。只能在天空飞行的飞机已经不能很好的适应与应对未来战争了。如果有既能在空中飞行，又能在水面航行，必要时也能快速地潜入水下以躲避敌军的雷达搜索及攻击，还能做到出其不意的从水下突然飞出攻击敌方亦或获取珍贵情报的能在水空领域自由航行的水空两用飞机，将会带来特别的作战效能，甚至可能导致作战方式的全新变革，对未来战争的发展具有重大的意义。而要使得这种全新的水空两用飞行器得以实现，就必然需要有一个能够水空两用的动力装置为其提供动力源泉。目前，在水空两用飞机的领域，我国已处于设计实验阶段，但是此项技术的发展一直受到动力系统效率和防水性能的限制。无论军用或民用领域都急需一种能很好适用于两栖飞行器的动力装置。水空两用飞机的特殊性决定了其动力系统必须能够同时在空中和水下工作。根据上述要求，提出了此新概念发动机，其采用水空两用喷射发动机推进，借鉴涡喷发动机技术进行改造，以实现空中喷气推进，水下喷水推进。具体设想是取消涡轮，改用电动压气机（空中模式）或水泵（水中模式），在空中采用高速电动压气燃油推进模式，在水下航行时则用低速电动泵配合燃烧室的钠或者其他金属与水反应进行推进。本文是针对此水空两用发动机，在参考国内外航空发动机压气机以及离心式水泵的基础上，首先设计出了两款叶轮的气动外形，然后根据两种类型的叶轮设计标准，设计出两款为改型叶轮，并应用Fluent软件对这四个叶轮进行空中模式和水中模式的叁维流体动力学计算。再根据计算结果，对设计的离心叶轮进行分析与评估。通过比较分析，结果表明改型叶轮虽然在空中的性能比不上压气机叶轮，水中的性能表现也不及离心泵叶轮优越，但各项性能参数基本能满足水空两用的要求，可为类似的水空两用叶轮气动设计提供借鉴，为以后类似的压气机叶轮的优化提供一定的依据。经过对比分析，本文提出的水空两用离心压气机叶轮仅仅只是解决了水空两用发动机动力问题的冰山一角，要真正使水空两用发动机成为可能，在动力系统方面还有很多需要解决的且都是值得我们去继续探讨和研究的问题。
参考文献：
[1]. 离心泵的CFD分析与改型设计[D]. 靳李平. 西安理工大学. 2003
[2]. 基于Bézier曲面造型与CFD分析的离心泵叶轮优化设计[D]. 闫永强. 西安理工大学. 2004
[3]. 基于性能预测的低比转速主油泵改型及优化设计[D]. 邵国辉. 西华大学. 2008
[4]. 叶轮出口边及径向导叶结构对离心泵性能影响的数值研究[D]. 张朝彬. 西安理工大学. 2017
[5]. 螺旋离心泵内部流场全叁维数值模拟[D]. 刘胜. 兰州理工大学. 2006
[6]. 大流量冲压焊接多级离心泵设计方法与内流机理研究[D]. 李瑞光. 山东理工大学. 2011
[7]. 低振动噪声船用离心泵的水力设计[J]. 黄国富, 常煜, 张海民, 赵文峰, 陈奕宏. 船舶力学. 2009
[8]. 低比转速离心泵的多目标优化与湍流模拟方法研究[D]. 赵安. 浙江大学. 2015
[9]. HGK型离心泵汽蚀原因分析及解决方案研究[D]. 吕斌. 大连交通大学. 2007
[10]. 水空两用发动机压气机叶轮气动设计研究[D]. 张威. 南昌航空大学. 2014
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