摘要：为解决新疆克拉玛依市大型灌溉管网关阀过程中的水锤和灌溉出流流量不均匀等问题,基于一维特征线法,利用Flowmaster软件建立管网水力模型,研究管网在不同阀门关闭规律下的瞬变流特性以及阀门开度扰动对管网流量均匀性的影响.研究结果表明:模型预测的相关水力特性与管网设计参数对比误差不超过8%,验证了模型的准确性.针对管网运行的瞬变水力特性,总阀采用20至60 min的不同总历时一阶段线性关闭规律,即使关阀时间长达60 min,管网管段仍发生空化现象;开展关阀总历时30 min和快关10 min、快关开度分别为65%,75%,85%等不同组合的先快后慢两段关闭规律,其中快关85%、慢关15%的关闭规律下,管网管段不会产生空化,且管道内最大水锤压力小于管道设计压力.针对管网压力波动引起的流量均匀性变化,通过阀门开度扰动仿真压力波动,阀门开度由100%到90%调节后,各支管流量下降比例平均值为0.079%,流量波动较小;各出水桩流量下降比例平均值为0.074%,克里斯琴森系数为0.9899,灌溉均匀性较好.研究结果可为大型灌溉管网的水锤防护及阀门开度扰动对管网流量均匀性分析提供一定的指导.

摘要：双吸离心泵内部的压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一。为了减轻压力脉动,分析了引起双吸离心泵压力脉动的主要原因,研究了不同类型的叶片载荷曲线对双吸离心泵流态的影响,建立了叶片加载方式、叶片出口倾角和叶轮交错角与泵内二次流及压力脉动的关系,提出了能够抑制二次流、降低压力脉动的叶轮交替加载设计方法。在新的设计方法中,叶片载荷曲线具有盖板前加载、轮毂后加载的混合加载模式。基于该方法所生成的双吸叶轮具有轮毂两侧交错布置、叶片出口边正向倾斜、盖板和轮毂包角差小的特点。通过在一大型引黄灌溉泵站的试验表明,该方法可将双吸离心泵压力脉动主频的幅值降低到原来的1/5左右,同时还可改善泵的最优效率和高效区。该方法为大功率双吸离心泵的优化设计和更新改造提供了一种新的技术途径。

摘要：环形流道式离心泵能量特性预测是其水力设计及优化过程中不可或缺的环节,目前最常见的计算模式是采用RANS模型在同一套网格下开展不同流量工况下的稳态计算。工程实践表明,这种常规计算模式预测到的能量特性往往与实验间存在较大的固有偏差,特别表现为扬程和轴功率存在显著的正偏差,严重影响设计者对水力性能的预判。针对这一问题,本研究首先结合实际案例开展了溯源分析,发现这种常规计算模式存在高估螺旋度诱导的能量逆传效应、低估兰姆矢量诱导的非线性作用的问题,从而导致湍流耗散的预测不足,进而产生了高估叶片载荷、低估水力损失的宏观表现。为此,本研究提出了一种在动量方程中引入与螺旋度相关的虚拟补偿力以提高预测精度的矫正方法,该方法能抑制高雷诺数下旋转湍流中的能量反级串输运、补偿被低估的逆剪切力诱导的流阻耗散,从而达到适当增大流阻的效果。实际应用表明,该方法能有效消除常规计算模式下环形流道式离心泵扬程和轴功率的固有预测偏差,从而为快速而准确地把握产品质量、提高水力设计效率提供技术支撑。

摘要：泵站是调水、供水、灌溉和排水系统重要基础设施,其水力性能直接影响系统的安全性、稳定性和工程效益。泵站内部流动分析涉及泵站、流体动力学和数值理论等多个学科,分析方法已由传统的一维半经验半理论阶段发展到了基于计算流体动力学的现代三维黏性阶段。本文综述了泵站内部流动分析过程中涉及的湍流模型、几何模型、网格模型、数值离散模型和解算模型,阐述了研究泵站进水池表面旋涡、泥沙与空化特性、水力激振特性、水力瞬变特性及水力设计的基本方法和过程,总结了泵站流动分析方法方面的最新研究成果,展望了未来发展趋势及主要研究课题。

摘要：双吸离心泵具有流量大、扬程高的特点,被广泛应用于农业输水灌溉等工程。双吸泵的蜗壳和叶轮间具有动静干涉作用,两者之间的匹配形式会对水泵的水力性能产生影响。将CFD数值模拟和已有试验数据相结合,通过研究不同比转数的双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响,得出不同比转数下双吸离心泵最优蜗壳面积比规律。研究发现,当蜗壳面积比在原有基础上增加时,其最高效率点向大流量工况偏移,且扬程和效率有下降的趋势,设计工况附近的平均效率降低;当蜗壳面积比减小时,其在一定范围内扬程和效率均出现上升,最高效率点偏向于小流量工况,但是当降低到一定程度时,扬程和效率均会出现急剧的下降,最终通过总结各个比转数双吸泵的最优蜗壳面积比,得到随着比转数的增加,最优蜗壳面积比增加,高效区范围逐渐加宽这一规律。

摘要：蝶阀广泛应用于有压输水系统,其开启过程是输水系统启动运行的必经阶段。在开启过程中,阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动,具有变压差变截面的特点。本文针对泵站加压输水系统,采用一维/三维耦合计算思路,对蝶阀上下游的管路段按准恒定假设基于伯努利方程、对蝶阀所在的三维流体域基于动网格策略,构建了蝶阀开启过程数值分析方法,提出了模拟计算的动态边界条件及数据更新方式,对蝶阀开启过程非定常特性进行了三维数值模拟。研究结果表明,当阀板转角由0°匀速增大至90°,管道流量在阀板转角0~45°范围内快速增长,在45°时达到额定流量的90%,之后流量增长速度变缓。阀板水力转矩呈先快增后慢减的变化趋势,最大水力转矩出现在阀板转角20°时。从蝶阀前后流场可以看出,在阀板下游具有从两个主涡到流线平顺的演化特征。该研究揭示了蝶阀开启过程中水力瞬变演化机理,为优化蝶阀设计和输水系统稳定运行提供了参考。

摘要：为更好研究迷宫流道滴头的内流场水力性能和颗粒运动特性,该文采用k-ε模型和Eulerian-Lagrangian两相流模型进行了一系列数值研究。首先,通过3种湍流模型(标准k-ε、RNG k-ε与Realizable k-ε)预测迷宫流道滴头水力特性并与喻黎明等(2009)的试验结果对比分析,标准k-ε模型更适合于模拟迷宫流道滴头的内流场,与PIV试验数据相比,水力性能曲线平均模拟误差仅为2.32%。然后,基于Lagrangian的颗粒离散相模型,数值研究了齿形迷宫流道内不同密度和直径的单个颗粒运动轨迹及运动特性,并与喻黎明等(2009)的相关试验数据比较,结果表明,考虑了重力、浮力、虚拟质量力和曳力的随机轨道模型能够更加准确地模拟颗粒在迷宫流道内的运动,与PIV试验数据相比,颗粒运动速度后平均模拟误差仅为2.34%。颗粒直径变化较密度变化对颗粒运动影响大,随着颗粒直径或密度增大,颗粒运动速度减小,颗粒速度变化幅值大小依次为:速度极小值、平均速度、速度极大值,随着颗粒粒径增大,流经漩涡区时颗粒速度减小较大,颗粒的运动跟随性变差,颗粒在惯性力的作用下沉积在流道拐角内侧的漩涡区,由此可能造成迷宫流道堵塞。同时,以上对比分析表明,相关两相流模型和数值方法可很好预测滴头内部固液两相流动,可为滴头抗堵塞设计提供参考。

摘要：为探明泵内气液两相瞬态流动特征及自吸过程中吸水管液面震荡上升机理,该研究基于欧拉-欧拉多相流均相模型及标准k-ε湍流模型,采用开放型进、出口边界,对某外混式自吸离心泵在变转速启动条件下的自吸过程进行了数值模拟,分析了吸水管液面变化和主要过流部件内气液两相分布等瞬态特征。结果表明,开放型边界条件可以准确捕捉自吸过程中吸水管内液面震荡上升现象,与试验结果吻合良好。自吸过程包含3个阶段:快速吸入阶段对应吸水室内初始储液被快速吸入叶轮并将叶轮内气体排出,占自吸总用时的11.7%;震荡排气阶段是泵自吸过程的主要阶段,占总自吸时间的61.3%,该阶段内气液分离室内液体反复进入蜗壳和叶轮外缘区域,参与气液掺混及气液分离过程,完成自吸排气,过流部件内气液两相占比及吸水管液面震荡均近似呈0.25 s的周期性变化,叶轮内气相占比周期性变化和液柱惯性是导致该自吸阶段吸水管内液面震荡的主要原因;加速排气阶段为自吸末期,吸水管内液体加速进入叶轮,将泵内气体快速排出,其历时占总自吸时间的27%。研究结果可为自吸泵设计及性能优化提供重要参考。

摘要：混输叶片泵是多相混输过程中的关键设备,其综合性能的提高对系统的输运能力至关重要。为揭示动静叶间距对混输叶片泵气液固三相流动特性的影响,基于Euler多流体模型,对某气液固混输叶片泵动静叶间距分别为8、10、12、14、16 mm时的内部流体流动进行了数值模拟。结果表明,当动静叶间距由8 mm增加到16 mm,混输叶片泵的扬程和效率分别下降了0.47 m和1.38%,且下降趋势可分为骤降区Ⅰ、缓变区和骤降区Ⅱ。不同动静叶间距下,气液固混输叶片泵内压强、固体体积分数、气体体积分数等分布规律相似,但随着动静叶间距增加,气液固混输叶片泵叶轮和导叶进出口压强差降低,气体和固体的聚集程度增大,且液体撞击导叶叶片压力面最剧烈的位置逐渐前移,导叶内涡量增强,涡结构更加明显,从而导致混输叶片泵输运性能降低。研究成果可为气液固混输叶片泵设计过程中动静叶间距的选取提供参考。

摘要：叶轮内能量损失是影响离心泵水力性能的关键因素,为探明离心式叶轮内的能量损失特性,本文采用可直接求解大尺度湍流结构的超大涡模拟方法对某低比转速离心叶轮三种流量(分别为1.0,0.6和0.25倍设计流量)下的内部流动进行数值模拟,基于平均流动动能输运研究叶轮内的流动特征、能量损失特性及其机理。通过积分平均流动动能输运方程的直接黏性耗散项和湍动能生成项,分别计算直接黏性损失和湍动能生成对应的平均流动动能损失,建立流场特征与能量损失的关联,获得流场中能量损失的空间分布特征。结果表明,叶轮内直接黏性损失集中在近壁区,且随流量降低而显著减小;湍动能生成是平均流动动能损失的主要形式,其与叶轮内流动的剪切效应直接相关,在叶片压力面,脱流和分离涡形成强剪切流动,湍动能生成项周向-周向分量(P_(θθ))和径向-周向分量(P_(rθ))将增加周向和径向速度脉动而使湍动能增加,径向-径向分量(P_(rr))则减小速度脉动的径向分量,从而抑制平均流动动能转换为湍动能;对于叶片吸力面分离流动及叶轮出口回流所形成的强剪切流动,P_(rθ)和P_(rr)是产生湍流脉动的主导因素,P_(θθ)则对平均流动动能损失起抑制作用。