逆向工程的雙吸離心泵三維建模及數(shù)值模擬

為了提升雙吸離心泵的性能,研究其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律,采用rngk-ε方程湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)simple算法對(duì)某一扭曲葉片雙吸離心泵全流道進(jìn)行了cfd分析,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。結(jié)果表明,該方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出雙吸離心泵葉輪與蝸殼間及內(nèi)部的流動(dòng)特性,所得結(jié)果對(duì)進(jìn)行雙吸離心泵的水力設(shè)計(jì)或改型優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究具有重要的指導(dǎo)意義。

采用激光掃描技術(shù)建立寧東供水工程雙吸離心泵三維實(shí)體模型,并采用cfd技術(shù),模擬泵內(nèi)水流流動(dòng)規(guī)律,確定水泵宜磨蝕部位,并利用經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)估其磨蝕深度,為泵站有針對(duì)性地開(kāi)展抗磨蝕工作奠定了基礎(chǔ)。

在雙吸離心泵的設(shè)計(jì)中,半螺旋形吸入室應(yīng)用極為廣泛。該文運(yùn)用流場(chǎng)計(jì)算軟件fluent,基于reynolds時(shí)均方程和rngk-ε湍流模型,對(duì)雙吸離心泵半螺旋形吸入室的流場(chǎng)進(jìn)行了三維模擬。模擬結(jié)果顯示流場(chǎng)速度變化較為均勻,表明這種半螺旋形吸入室作為雙吸離心泵的吸入室是合適的。

選取工業(yè)中常用的df型多級(jí)離心泵作為研究對(duì)象,數(shù)值計(jì)算使用了fluent軟件及其rngk-ε湍流模型和多重參考坐標(biāo)系,實(shí)現(xiàn)了節(jié)段式多級(jí)離心泵任意一整級(jí)(包括葉輪導(dǎo)葉在內(nèi))的全三維流場(chǎng)的數(shù)值模擬。模擬結(jié)果顯示在葉輪出口與導(dǎo)葉入口銜接處,葉輪出流因受到導(dǎo)葉葉片頭部的阻擋干擾,導(dǎo)致局部流體逆葉輪旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)。液流的靜壓值在正導(dǎo)葉出口附近達(dá)到泵級(jí)內(nèi)最大值,進(jìn)入反導(dǎo)葉后因沿程出現(xiàn)的水力損失靜壓值略有降低。計(jì)算結(jié)果得到了泵外特性實(shí)測(cè)值的驗(yàn)證。

使用fluent軟件模擬計(jì)算具有長(zhǎng)短葉片葉輪的離心泵的全三維流場(chǎng)。選用多重參考坐標(biāo)系及標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,計(jì)算對(duì)包括導(dǎo)入管、葉輪、泵殼及出水管在內(nèi)的整個(gè)離心泵系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果表明,在大部分長(zhǎng)短葉片的通道內(nèi),射流區(qū)偏向于葉片背面,尾跡區(qū)則位于葉片工作面出口附近。泵葉輪各通道的流量、流速及壓力等流動(dòng)參數(shù)的分布表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性,流動(dòng)參數(shù)的大小與葉輪、泵殼的相對(duì)位置密切相關(guān)。將泵性能的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值作了對(duì)比,以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本文使用fluent軟件選用多重參考坐標(biāo)系及標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型,模擬計(jì)算具有長(zhǎng)短葉片葉輪的離心泵的全三維流場(chǎng),計(jì)算包括吸入管、葉輪、泵殼及出水管在內(nèi)的整個(gè)離心泵系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果顯示,在葉輪的大部分長(zhǎng)短葉片的通道內(nèi),射流區(qū)偏向于葉片背面,尾跡區(qū)則位于葉片工作面出口附近。泵葉輪各通道的流量、流速及壓力等流動(dòng)參數(shù)的分布表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性,流動(dòng)參數(shù)的數(shù)值大小與葉輪、泵殼的相對(duì)位置密切相關(guān)。本文還將泵性能的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值作了對(duì)比以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果。

以北趙引黃工程謝村站用多級(jí)雙吸式離心泵為研究對(duì)象,基于雷諾時(shí)均n-s方程,采用sstk-ω湍流模型,壓力速度耦合使用simplec計(jì)算,對(duì)泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了三維定常全流場(chǎng)湍流數(shù)值模擬,得到不同工況下該泵內(nèi)部流動(dòng)的速度矢量圖等流場(chǎng)信息.在對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了定性分析的基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)了泵的性能,并與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析.分析結(jié)果表明:首級(jí)葉輪首級(jí)壓水室以及次級(jí)葉輪次級(jí)壓水室內(nèi)流動(dòng)較均勻；由于過(guò)渡流道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及流動(dòng)慣性,流體在首級(jí)壓水室進(jìn)入過(guò)渡流道時(shí),在流道突然擴(kuò)大區(qū)域形成了旋渦,旋渦區(qū)域大小與流量有關(guān)；預(yù)測(cè)揚(yáng)程值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試揚(yáng)程吻合較好,預(yù)測(cè)揚(yáng)程最大誤差為2.7％,而預(yù)測(cè)的流量-水力效率曲線與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試流量-機(jī)組效率曲線變化趨勢(shì)一致.水泵內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬可為工程中泵設(shè)計(jì)階段的性能預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù).

以雙吸離心泵為研究對(duì)象,在fluent軟件中采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、rngk-ε模型、realizablek-ε模型和雷諾應(yīng)力模型4種湍流模型在相同網(wǎng)格條件下進(jìn)行三維、穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,計(jì)算其在不同工況下的揚(yáng)程及水力效率;然后以rngk-ε模型計(jì)算結(jié)果作為初值,用大渦模擬方法進(jìn)行三維、非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,計(jì)算葉輪旋轉(zhuǎn)一周的平均揚(yáng)程及平均水力效率,與真機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。計(jì)算結(jié)果表明:fluent軟件在穩(wěn)態(tài)計(jì)算的情況下,所采用4種模型均能夠?qū)﹄p吸離心泵進(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,且模擬的精度有差別,但總體與模型試驗(yàn)結(jié)果誤差較大。使用穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果作為初值,用大渦模擬方法進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬可以得到更為精確的結(jié)果,但大大增加了計(jì)算工作量。

采用simple算法、kε-ap模型和混合四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在笛卡爾坐標(biāo)系中對(duì)離心式污水泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了污水泵內(nèi)固體顆粒的流動(dòng)規(guī)律以及固體顆粒的分布特征,為離心式污水泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。

應(yīng)用cfd軟件對(duì)某型雙吸離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,給出了不同工況下葉輪出口與蝸殼耦合面靜壓沿周向、軸向的分布規(guī)律.通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)曲線與數(shù)值計(jì)算外特性曲線,發(fā)現(xiàn)兩者比較吻合,相對(duì)誤差小于5%,且數(shù)值計(jì)算葉輪出口周向壓力分布曲線與試驗(yàn)曲線趨勢(shì)一致.采用徑向力出口壓力法計(jì)算模型,計(jì)算了各工況下離心泵葉輪所受的徑向力及其分量.結(jié)果表明:應(yīng)用數(shù)值計(jì)算結(jié)果而建立的離心泵徑向力計(jì)算模型具有一定的準(zhǔn)確性.小流量工況時(shí),徑向力隨流量的增加而減少;設(shè)計(jì)流量工況附近時(shí),徑向力達(dá)到最小值且不為0;大流量工況時(shí),徑向力隨流量的增加而增加.

利用nurbs方法對(duì)離心泵葉片進(jìn)行建模,建立了離心泵葉片的空間樣條曲線,并應(yīng)用類(lèi)流線方法對(duì)葉片進(jìn)行優(yōu)化,使葉片在保持原有形狀的基礎(chǔ)上更為光滑。結(jié)果表明,利用該方法建立的模型,可以真實(shí)完整地反映葉片的形狀,優(yōu)化后的葉片表面的褶皺和凹凸消失,為葉片的性能分析、數(shù)控加工等工作提供了方便。

利用三維掃描系統(tǒng)對(duì)某空調(diào)鈑金件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并對(duì)采集數(shù)據(jù)通過(guò)點(diǎn)云預(yù)處理、特征曲線生成和曲面重構(gòu)等關(guān)鍵逆向工程技術(shù),最終獲得產(chǎn)品的cad模型。對(duì)該重構(gòu)模型的沖壓過(guò)程利用dynaform軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,根據(jù)模擬分析結(jié)果修改工藝參數(shù),以得到合理的工藝設(shè)計(jì)方案,為模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

為了比較定常多相位與非定常計(jì)算方法在雙吸離心泵中的應(yīng)用情況,文章對(duì)150s-50雙吸離心泵內(nèi)部湍流流場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。數(shù)值模擬采用realizableκ-ε湍流模型,在7種工況下分別用定常多相位和非定常2種方法進(jìn)行了模擬計(jì)算。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上計(jì)算出揚(yáng)程、軸功率、效率。研究表明:用非定常模擬所得計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值更為接近。圖4表3參10

基于逆向工程,通過(guò)光學(xué)掃描儀獲得離心泵葉輪的分散點(diǎn)云,采用imageware軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行了處理,基于catia軟件對(duì)葉輪進(jìn)行了三維實(shí)體設(shè)計(jì),并對(duì)葉輪的內(nèi)部進(jìn)行了數(shù)值模擬。與傳統(tǒng)的葉輪設(shè)計(jì)方法相比,該方法保證了葉輪實(shí)體造型的高精度性。通過(guò)數(shù)值模擬,揭示了葉輪的內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律,大大縮短了研發(fā)周期,降低了離心泵的生產(chǎn)成本。

介紹了利用ugnx7.5軟件進(jìn)行離心泵三維實(shí)體造型的過(guò)程。在對(duì)葉輪和蝸殼兩個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行造型的過(guò)程中,運(yùn)用宏命令的方式,引入?yún)?shù)化的設(shè)計(jì)方法,簡(jiǎn)化了造型的操作過(guò)程,節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。

通過(guò)使用fluent軟件模擬計(jì)算單級(jí)渦殼式離心泵的二維流動(dòng),采用標(biāo)準(zhǔn)的湍流模型,計(jì)算分析了離心泵內(nèi)的速度矢量圖、壓力等直線圖。結(jié)果表明離心泵葉輪內(nèi)各通道的流量、流速及壓力分布有顯著差別,呈現(xiàn)明顯的非對(duì)稱性。利用數(shù)值模擬方法能真實(shí)反映泵內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng),為泵內(nèi)葉輪的設(shè)計(jì)、改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

運(yùn)用cfx流動(dòng)軟件的滑移網(wǎng)格和標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型對(duì)工業(yè)中常用的dl型多級(jí)沖壓離心泵整級(jí)進(jìn)行了全三維瞬態(tài)流場(chǎng)的數(shù)值模擬,分析泵內(nèi)葉輪與導(dǎo)葉間的動(dòng)靜干擾問(wèn)題。滑移網(wǎng)格分別設(shè)置在多級(jí)離心泵葉輪出口、固定導(dǎo)葉入口與泵內(nèi)流體之間的交互界面,對(duì)每個(gè)時(shí)間步求解流動(dòng)方程。在任一個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),分析葉輪入口和出口的總壓值出現(xiàn)脈動(dòng)信號(hào)頻率與葉輪葉片數(shù)的關(guān)系。分析了葉輪入口和出口處總壓波動(dòng)的幅度。該三維非穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果為多級(jí)沖壓離心泵的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

針對(duì)前人研究的不足,提出了一種井巷工程無(wú)縫快速開(kāi)挖新方法。該方法地質(zhì)模型采用廣義三棱柱(gtp)構(gòu)建,并借助"最小頂點(diǎn)標(biāo)識(shí)法"將地質(zhì)模型轉(zhuǎn)換為三角形集合組成的邊界表示模型;井巷工程模型則采用"斷面構(gòu)模法"直接構(gòu)建成三角形集合的邊界表示建模,地質(zhì)體模型與井巷工程模型通過(guò)三角形間的優(yōu)化局部層次求交算法,實(shí)現(xiàn)了井巷工程快速無(wú)縫開(kāi)挖模擬及空間分析。應(yīng)用實(shí)例表明,該方法快速可靠,能夠滿足數(shù)字礦山對(duì)井巷工程設(shè)計(jì)及空間分析要求。

為了防止和消除雙向流道泵裝置進(jìn)水流道內(nèi)的漩渦和渦帶,確保水泵機(jī)組的安全運(yùn)行,在雙向進(jìn)水流道底部泵進(jìn)口下方加設(shè)曲線導(dǎo)流墩。通過(guò)cfd軟件對(duì)設(shè)導(dǎo)流墩的雙向流道泵裝置內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得泵裝置內(nèi)部的三維流動(dòng)速度場(chǎng),并預(yù)測(cè)了泵裝置的性能。結(jié)合模型泵裝置試驗(yàn)的內(nèi)外特性,著重研究了雙向進(jìn)水流道的出口流速分布及其對(duì)泵裝置性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明加設(shè)導(dǎo)流墩的雙向進(jìn)水流道出口斷面流速分布較為均勻,流速均勻度達(dá)到93%,滿足水泵運(yùn)行的需要;裝置性能良好,最優(yōu)工況點(diǎn)的裝置效率為68.89%。模型試驗(yàn)觀測(cè)顯示導(dǎo)流墩的設(shè)置有效地防止水泵進(jìn)口下方渦帶的產(chǎn)生,在各種試驗(yàn)工況下進(jìn)水流道內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)渦帶,水泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)無(wú)振動(dòng),可保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。比較進(jìn)水流道出口流速分布的計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果,二者在總體結(jié)構(gòu)上相近,數(shù)值模擬對(duì)泵裝置性能預(yù)測(cè)結(jié)果在最優(yōu)工況點(diǎn)與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

雙吸離心泵軸向推力的試驗(yàn)研究

本文提出一種基于逆向工程技術(shù)的復(fù)雜曲面產(chǎn)品快速制造技術(shù),主要通過(guò)3d激光掃瞄測(cè)量設(shè)備獲取曲面數(shù)據(jù),根據(jù)曲面特征對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪、壓縮、規(guī)則化處理,利用曲面型值點(diǎn)直接作成nc刀路。該方法有效避免了繁雜的曲面重構(gòu)過(guò)程,提高了復(fù)雜曲面產(chǎn)品制造的效率。

利用cfd軟件fluent對(duì)多級(jí)導(dǎo)葉式清水離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了葉輪及導(dǎo)葉內(nèi)部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了葉輪進(jìn)口回流,出口的二次流動(dòng)特征等葉輪內(nèi)部流動(dòng)的細(xì)節(jié),導(dǎo)葉出口區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)低壓區(qū)等流動(dòng)特征。然后根據(jù)自編計(jì)算軟件利用計(jì)算得到的速度場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算出泵的揚(yáng)程、功率、效率和流量之間的關(guān)系曲線,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)工況附近,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合較好,在其它工況點(diǎn),特別是小流量工況點(diǎn),誤差較大。