旋噴泵集流管進(jìn)口形狀對水力性能的影響

康元:揭開了小流程、高揚(yáng)程旋噴泵的神秘面紗

利用cfd數(shù)值模擬和試驗(yàn)兩種方法,以y80—100低比轉(zhuǎn)速離心泵為研究對象,分析了離心泵葉輪出口蓋板形狀與水力性能的關(guān)系,對傳統(tǒng)的圓弧形蓋板和新型的直邊型蓋板進(jìn)行了研究.從理論上分析了直邊型蓋板對離心泵性能曲線的影響.利用有限體積法對雷諾時(shí)均navier-stokes方程進(jìn)行離散,選用rngk-ε湍流模型,壓力和速度耦合采用simple算法,對兩種水力模型在7種不同工況下分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,由數(shù)值計(jì)算結(jié)果重點(diǎn)分析了小流量工況下兩種模型內(nèi)部流場的動壓、靜壓分布情況,并繪制性能曲線,預(yù)測曲線與試驗(yàn)曲線基本一致.研究表明:新型的直邊型蓋板具有消除性能曲線駝峰,提高泵的流量、揚(yáng)程的特點(diǎn).研究成果有較好的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值.

針對中央空調(diào)中廣泛使用的多翼離心風(fēng)機(jī),設(shè)計(jì)了一種新結(jié)構(gòu)的橢圓形進(jìn)口集流器,實(shí)驗(yàn)研究了這種集流器對風(fēng)機(jī)性能的影響.研究結(jié)果表明:適當(dāng)增加集流器出口面積有利于改進(jìn)風(fēng)機(jī)的氣動性能,但同時(shí)噪聲有所提高;相比傳統(tǒng)集流器,具有合理參數(shù)及安裝位置的橢圓形集流器能夠更好地提高風(fēng)機(jī)的綜合性能.當(dāng)橢圓形集流器的偏心角θ為0°、偏距比ε1和ε2均為0.067時(shí),風(fēng)機(jī)在變轉(zhuǎn)速工況范圍內(nèi)的風(fēng)量增加了8.8%～12.8%,總效率提高了1.7%～4.6%,噪聲降低了0.4～0.6db;當(dāng)θ為30°、ε1和ε2均為0.067時(shí),風(fēng)機(jī)風(fēng)量增加了2.5%～6.0%,總效率提高了0.6%～1.4%,噪聲降低1.2～1.5db.實(shí)驗(yàn)結(jié)果為改進(jìn)前向多翼離心風(fēng)機(jī)的性能提供了一條可以繼續(xù)探索的途徑,也可為完善該類風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法提供參考.

為研究混流式核主泵內(nèi)部流動情況,提高核主泵的水力效率,對不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)流體的混流式核主泵水力模型的三維湍流流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究導(dǎo)流體結(jié)構(gòu)對混流式核主泵模型水力性能的影響。結(jié)果表明：對于只加導(dǎo)流環(huán)、導(dǎo)葉葉片對稱布置的導(dǎo)流體模型泵,當(dāng)導(dǎo)流環(huán)方案為l=15mm、θ=15°時(shí),模型泵水力效率值最高;對于不加導(dǎo)流環(huán)、導(dǎo)葉葉片非對稱布置的導(dǎo)流體模型泵,當(dāng)γ1取24°時(shí),模型泵水力效率值最高;對于加導(dǎo)流環(huán)、導(dǎo)葉葉片非對稱布置的導(dǎo)流體模型泵,當(dāng)導(dǎo)流環(huán)方案：l=15mm、θ=15°、導(dǎo)葉葉片布置方案γ1=24°時(shí),模型泵水力效率值最高。研究結(jié)果揭示了不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)流體對核主泵模型泵內(nèi)部流場的影響規(guī)律,為高效水力模型優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

利用cfd數(shù)值模擬方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)水力性能試驗(yàn)對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸的齒形迷宮滴頭流道內(nèi)流場進(jìn)行模擬計(jì)算,充分發(fā)揮其快速、低成本的優(yōu)勢,選取流量系數(shù)、流態(tài)指數(shù)和水頭損失系數(shù)3個(gè)指標(biāo)來分析齒形迷宮滴頭流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對滴頭工作性能影響的規(guī)律。結(jié)果表明,齒角度α對流量系數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h(yuǎn)對其影響最小;齒角度α對流態(tài)指數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h(yuǎn)對其影響最小。

后置導(dǎo)葉作為斜流泵的主要過流部件,在改善葉輪出口流場及對斜流泵水力特性影響起著重要作用.為研究不同后置導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)對斜流泵水力特性的影響,根據(jù)長短導(dǎo)葉位置匹配建立3種復(fù)合型導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)方案,每種方案分別選取0.6q-d、0.8q-d、1.0q-d、1.2q-d和1.4q-d五個(gè)流量工況條件進(jìn)行cfd數(shù)值計(jì)算,通過效率、揚(yáng)程以及內(nèi)部流場狀態(tài)的分析,結(jié)果顯示:不同位置的短導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)對水力特性影響較大,設(shè)計(jì)流量工況下,短導(dǎo)葉在后置導(dǎo)葉流道的進(jìn)口處流場相對平順,出口漩渦較小,整體水力性能較好;但偏離設(shè)計(jì)流量工況下,短導(dǎo)葉在后置導(dǎo)葉流道的出口處的整體水力性能較好.研究結(jié)果可為斜流泵導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考.

研究了異形噴嘴對變量噴頭水量分布的影響。依據(jù)面積相同原則設(shè)計(jì)多種形狀的異形噴嘴,測量了異形噴嘴的流量系數(shù)、射程和末端水滴直徑,得出星形噴嘴射程降低較少,不同壓力時(shí)水量分布規(guī)律相近,可改善低壓力下均勻度。對比了星形噴嘴變量噴頭和圓形噴嘴變量噴頭的水力性能,星形噴嘴變量噴頭遠(yuǎn)射程處平均噴灌強(qiáng)度為近射程處的85%,圓形噴嘴變量噴頭遠(yuǎn)射程處平均噴灌強(qiáng)度為近射程處的79%,星形噴嘴變量噴頭水量分布優(yōu)于圓形噴嘴變量噴頭。分析比較了變量噴頭水量分布等值線圖,結(jié)果表明,星形噴嘴變量噴頭的水量分布均勻度好于圓形噴嘴變量噴頭,方形噴灑域的均勻度好于三角形噴灑域。

隨著輸配水管網(wǎng)的大型化和復(fù)雜化,提供動力的泵設(shè)備也有大型化趨勢。其中泵的揚(yáng)程確定取決于管道沿程水力損失計(jì)算的精度,而工程設(shè)計(jì)中,如果隨意采用不同的水力計(jì)算,所計(jì)算的損失將出現(xiàn)差異,尤其在沿程損失較大或并聯(lián)管路較多的系統(tǒng)中出現(xiàn)足以影響水泵機(jī)組選型的情況。為此,將對布拉休斯(blassius),舍維列夫,謝才,海曾-威廉4個(gè)常見水力損失公式進(jìn)行研究,分別計(jì)算不同管網(wǎng)系統(tǒng)的水力損失,比較不同公式的計(jì)算結(jié)果,以說明除管材、管徑、流速等影響因素外,管道長度及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會對水力損失產(chǎn)生影響,從而影響水泵的選泵及配套功率。以某長距離排水管網(wǎng)和帶凝汽器的工業(yè)循環(huán)供水系統(tǒng)為例,說明上述觀點(diǎn),并提出了4種常用公式在不同管長和管道布置情況下的適用條件。

降低滴灌系統(tǒng)灌水器工作壓力有望成為減少滴灌系統(tǒng)能耗以及運(yùn)行費(fèi)用的一種有效途徑,但目前低壓灌水器還十分少見?；诖?選取了國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的5種典型迷宮流道灌水器,分析了不同工作壓力區(qū)間對灌水器水力性能及消能特征的影響。結(jié)果表明:5種灌水器在低壓條件下運(yùn)行對于灌水器流量系數(shù)kd和流態(tài)指數(shù)x具有一定影響,但對于流態(tài)指數(shù)x的影響未達(dá)顯著水平。同一流道類型的灌水器流量系數(shù)kd與無量綱數(shù)a/l2呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系,不同流道類型之間差異顯著。5種灌水器流道內(nèi)流態(tài)為紊流,未發(fā)生流態(tài)轉(zhuǎn)捩行為,采用常規(guī)管道流態(tài)轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)2200去判斷流道內(nèi)流態(tài)是不合適的。

沉砂口直管段是水力旋流器的一個(gè)重要構(gòu)件。通過它可以改變旋流器內(nèi)空氣柱的大小及特征,從而顯著提高旋流器的沉縮性能,并可改善分級性能。它的改變對分流比有一定的影響,而對處理能力幾乎沒有影響。所得研究結(jié)果對如何選擇旋流器沉砂口直管段的長度和內(nèi)徑具有重要的指導(dǎo)意義。

選取園林噴灌中常用的3種升降式旋轉(zhuǎn)噴頭:dpx-hp型噴頭、具有記憶功能的dpx-ts型噴頭和托羅v-1550型噴頭,分別在地下水和再生水條件下運(yùn)行447h,測定運(yùn)行前、后的流量-壓力關(guān)系、噴頭水量分布和轉(zhuǎn)動均勻性,并利用單噴頭水量分布資料模擬計(jì)算組合噴灌均勻系數(shù),以評價(jià)再生水對升降式噴頭水力性能的影響。結(jié)果表明,再生水運(yùn)行447h后噴頭流量降低3.4%～4.7%、射程降低2.7%～9.0%,而地下水分別降低了0.03%～0.09%和2.5%～3.9%,再生水降幅明顯大于地下水。再生水運(yùn)行使噴頭各象限轉(zhuǎn)動時(shí)間的最大偏差率增加4.2%～4.4%,水質(zhì)變化對噴頭轉(zhuǎn)動均勻性影響不明顯。再生水運(yùn)行不會對噴頭的均勻系數(shù)產(chǎn)生明顯影響,能夠滿足高灌水均勻度的要求。

利用商用軟件fluent6.2,在雙坐標(biāo)系下,對雷諾時(shí)均n-s方程進(jìn)行離散,采用標(biāo)準(zhǔn)的湍流模型和simple方法進(jìn)行求解,對5種不同的葉片包角葉輪與同一個(gè)蝸殼的耦合流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了低比轉(zhuǎn)速污水泵葉輪與蝸殼內(nèi)的壓力和速度分布規(guī)律,為低比轉(zhuǎn)速污水泵的性能預(yù)測,水力設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù).包角為190°的葉片工作面流速分布優(yōu)于其他包角葉片工作面的流速分布,且該葉輪在隔舌附近產(chǎn)生高壓區(qū)的面積明顯小于其他包角的葉輪,選擇優(yōu)化后包角為190°的葉輪試驗(yàn)并與泵外特性模擬預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比.結(jié)果表明:若不改變泵水力部件其他幾何參數(shù),隨著低比轉(zhuǎn)速葉片包角由小向大變化,泵的內(nèi)流特性存在較明顯的差異,泵效率存在極大值.

針對3種帶有不同集流器的后置導(dǎo)葉式軸流通風(fēng)機(jī),采用商業(yè)軟件numeca進(jìn)行整機(jī)的數(shù)值模擬,計(jì)算了各自的性能曲線。對比、分析了集流器對軸流通風(fēng)機(jī)性能的影響,研究了集流器與整機(jī)的匹配問題,為提高軸流通風(fēng)機(jī)的性能提供了依據(jù)。

應(yīng)用cfd模擬滴頭內(nèi)部流體特性,分析了流道長度、寬度、深度與滴頭水力性能的關(guān)系。結(jié)果表明,當(dāng)其他流道結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變時(shí),滴頭流量隨著流道長度的增大而減小,隨著寬度與深度的增大而增大;流道長度、流道寬度和流道深度均對滴頭流態(tài)指數(shù)影響不顯著,與流量系數(shù)呈指數(shù)關(guān)系,流量系數(shù)隨著流道長度的增大而減小,隨著流道寬度和深度的增大而增大。

對py140型搖臂式噴頭在不同的彈尾形穩(wěn)流器與噴嘴直徑組合工況下進(jìn)行了噴頭內(nèi)流道水力性能試驗(yàn)。結(jié)果表明:噴頭內(nèi)流道阻力損失與噴嘴直徑、穩(wěn)流器長度及進(jìn)口工作壓力呈正比,并建立了回歸模型;噴管段產(chǎn)生的阻力損失與噴頭內(nèi)流道阻力損失之比的平均值為0.666;當(dāng)進(jìn)口工作壓力一定時(shí),噴嘴工作壓力與噴嘴直徑、穩(wěn)流器長度呈反比,噴頭流量的最大相對誤差為4.7%;錐角為40°的圓錐形噴嘴流量系數(shù)算術(shù)平均值是0.928。

水力壓裂技術(shù)是低滲透致密氣藏增產(chǎn)的主要手段。在水力壓裂裂縫中,氣體在裂縫內(nèi)高速流動產(chǎn)生的非達(dá)西滲流使裂縫的有效導(dǎo)流能力和裂縫長度大大減小,從而影響了水力壓裂井的產(chǎn)能。在考慮氣體非達(dá)西滲流的基礎(chǔ)上,建立了非達(dá)西滲流條件下裂縫有效滲透率和裂縫參數(shù)的計(jì)算方法,研究了非達(dá)西滲流對水力壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)(裂縫長度、寬度)和產(chǎn)能的影響。結(jié)果表明,考慮非達(dá)西滲流時(shí)的水力壓裂必須設(shè)計(jì)比達(dá)西滲流條件下更短和更寬的裂縫;由于裂縫非達(dá)西滲流的存在,氣井的產(chǎn)能也有較大幅度的降低?？紤]非達(dá)西滲流進(jìn)行水力壓裂設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí),不能直接用流體在多孔介質(zhì)或裂縫中的真實(shí)滲透率來計(jì)算水力壓裂氣井的產(chǎn)量,而必須用非達(dá)西有效滲透率。

水泵吸水池是影響泵站效率和安全運(yùn)行的重要構(gòu)筑物,自由液面與吸水池內(nèi)各種旋渦的生成、空化的發(fā)生存在很大聯(lián)系。本文利用二維piv系統(tǒng)對吸水池自由水面進(jìn)行了定量測量,通過圖像處理技術(shù),得到了不同結(jié)構(gòu)進(jìn)口下自由液面的分布情況。試驗(yàn)結(jié)果與采用vof兩相流模型計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對比,數(shù)值模擬結(jié)果可以模擬收縮結(jié)構(gòu)后的跌水趨勢,但與試驗(yàn)觀察到的自由水面變化具有較大的差異,這表明vof模型在模擬具有較大波動的跌水自由液面時(shí)還存在不足。

為了分析葉輪葉片厚度和導(dǎo)葉葉片厚度對混流式核主泵能量性能的影響,分別設(shè)計(jì)了3種不同葉片厚度的葉輪和3種不同葉片厚度的導(dǎo)葉,建立不同葉片厚度下的9種方案,通過數(shù)值模擬的方法分析了9種方案在設(shè)計(jì)工況下混流泵水力性能的變化情況。結(jié)果表明:葉輪葉片厚度變化對混流泵水力性能的影響明顯高于導(dǎo)葉葉片厚度,且導(dǎo)葉葉片厚度變化對混流泵水力性能的影響不大。

利用cfd數(shù)值模擬方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)水力性能試驗(yàn)對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸的齒形迷宮滴頭流道內(nèi)流場進(jìn)行模擬計(jì)算,充分發(fā)揮其快速、低成本的優(yōu)勢,選取流量系數(shù)、流態(tài)指數(shù)和水頭損失系數(shù)3個(gè)指標(biāo)來分析齒形迷宮滴頭流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對滴頭工作性能影響的規(guī)律。結(jié)果表明,齒角度α對流量系數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h(yuǎn)對其影響最小;齒角度α對流態(tài)指數(shù)的影響最大,其次是偏差量j,齒高h(yuǎn)對其影響最小。

為提高導(dǎo)葉式混流泵的水力性能,開展了葉頂間隙、葉輪葉片數(shù)、葉輪葉片安放角和葉輪葉片厚度對導(dǎo)葉式混流泵水力性能影響的研究.運(yùn)用cfd軟件ansyscfx12.0,基于剪切應(yīng)力輸運(yùn)(sst)湍流模型和simplec算法,采用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù),對導(dǎo)葉式混流泵內(nèi)流場進(jìn)行了數(shù)值模擬.計(jì)算結(jié)果表明:導(dǎo)葉式混流泵的揚(yáng)程、功率和效率都隨葉頂間隙的增大而降低;揚(yáng)程和功率隨葉輪葉片數(shù)的增加而增大的幅值漸小,葉輪葉片數(shù)過多或過少對導(dǎo)葉式混流泵效率都不利;不同葉片安放角時(shí)揚(yáng)程、功率的差別隨流量增大而逐漸增大,通過葉片安放角的調(diào)整可實(shí)現(xiàn)泵最高效率點(diǎn)的偏移并改變高效區(qū)的范圍;泵最高效率點(diǎn)隨葉片厚度減薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在滿足制造工藝與安裝要求的前提下,對影響導(dǎo)葉式混流泵水力性能的各因素進(jìn)行優(yōu)化選擇可提高導(dǎo)葉式混流泵的水力性能.

論述了細(xì)高建筑物爆破拆除時(shí)采用的傳統(tǒng)切口之不足,并提出了改進(jìn)意見。

在日常檢測水表的工作中,有兩塊不同口徑的濕式旋翼水表受到相同破壞,其計(jì)量性能受到的影響,卻截然不同。為此,進(jìn)行了試驗(yàn)分析求證工作。通過試驗(yàn)排除葉輪盒物理位置、頂尖同軸度等偶然因素的影響,選擇同系列的水表人為改變其葉輪形狀,葉輪形狀與受破壞的水表相似,進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同系列的水表結(jié)果具有相似性。觀察分析,同系列的水表具有相同數(shù)量的進(jìn)水孔,并且形狀相似,分析認(rèn)為受進(jìn)水孔形狀不同的影響,驅(qū)動殘余葉輪的速度分量有明顯的不同,這是造成兩塊水表受到破壞后,其計(jì)量性能受到影響,截然不同的直接原因。