摘要：压力脉动和空化特性是影响离心泵稳定运行的两个重要因素。针对国内某大型调水工程的立式带导叶离心泵,在保证蜗壳、导叶和叶轮出口直径等设计参数一致的情况下,设计了两种不同形式的模型叶轮,并进行了模型泵的同台试验。两个叶轮的比转速都为106.43,叶片数分别为7和9,叶轮流道、叶型也不相同,其中,对9叶片叶轮叶片进口边进行了"C形"修型。结果表明,两种叶轮形式离心泵内部压力脉动的频率成分及其分布特性类似,总体上都为叶片通过频率及其谐频,且该频率的压力脉动能通过叶轮流道逆水流方向向进口端传播。叶轮形式对压力脉动幅值的影响比较显著,相比7叶片叶轮,9叶片叶轮的压力脉动幅值降低了10%以上。同时,对叶片进口边修型后,初生空化得到有效延迟,设计流量点附近的临界空化余量下降约10%。适当提高叶片数与叶片进口边修型可显著提高离心泵空化性能。

摘要：固液两相流算法对双吸离心泵泥沙磨损模拟精度有直接影响。采用改进的固液两相流欧拉算法,考虑了相间阻力和泥沙扩散系数两方面因素,对典型悬移质泥沙粒径条件下的双吸离心泵流场进行了数值计算。研究发现,叶片表面湍流强度在头部和尾部较大,可达6%~10%;叶片头部和尾部的颗粒动态尺度大于中部。由湍流强度和颗粒动态尺度组成的湍动尺度效应,在叶片头部和尾部表现强烈,湍动尺度效应使固液相间阻力增大,更有利于颗粒的扩散,避免了颗粒聚集,对大颗粒的作用强于小颗粒。湍动尺度效应导致叶片表面固相体积分数分布范围减小,大颗粒的变化值大于小颗粒,叶片头部和尾部的改变值大于中部,叶片表面的严重磨损部位为叶片工作面尾部的块状磨损区,这比采用传统算法得到的带状磨损区和偏磨区计算结果,更符合离心泵实际磨损情况,考虑湍动尺度效应后得到的磨损率也有所增大。在此基础上,提出了双吸离心泵叶片水力设计和表面喷涂防护原则,为提高双吸离心泵抵抗泥沙磨损能力奠定了基础。

摘要：针对轴流泵进行水力性能设计和优化,在满足设计要求的基础上,实现泵机组水力性能的提升.在优化过程中,控制叶片安放角为优化参数,采用遗传算法及二进制编码对轴流泵进行优化.在遗传操作过程中,以水力效率为优化目标函数,借助计算流体动力学对目标函数进行求解.根据验证结果可见,优化之后,轴流泵的水力性能得到提高并达到设计要求工况,其水力效率从81.68%提高到86.19%,扬程从3.73 m提高到4.56 m.通过流动分析得出,优化之后,由于叶片吸力面与压力面之间的压力差增大,水泵扬程得以提升.根据对水力损失的分析得出,由于泵内水力损失的减小,水泵的效率明显提高.同时,最优效率点移动到设计工况,高效区明显扩大.所采用的数学优化方法能够快速有效地对轴流泵进行优化设计,在原有设计方案的基础上,可有效地进行水力性能的提升.

摘要：双吸离心泵运行时,动静干涉会引起特定压力脉动,其频率为叶轮转频与叶片数相乘,即叶频。前期研究表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域,是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心泵系统压力脉动和振动特性的关系,开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房楼板位置布置振动传感器,同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号,借助时频分析方法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明:在稳态工况中,水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转频、叶频及其倍频,且叶频压力脉动具有向上游衰减快,向下游衰减慢的特点;在启动工况中,水泵压水室压力脉动与基座(特别是垂直方向),甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认为,干室型双吸离心泵泵房在设计时,需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响应问题。

摘要：水力机械偏离设计工况运行时,前缘空化将显著改变流场,进而改变流场与叶片结构之间的流固耦合效应,导致叶片振动特性发生改变。该文以NACA0009弹性水翼为研究对象,采用基于剪应力输运(SST)k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型的三维Reynold平均数值模拟方法预测流场特性,利用分离式双向迭代的流固耦合方法计算空化条件下水翼的预设激振响应,获得了弹性水翼水中固有频率与附加阻尼比。通过实验数据验证了数值计算结果的可靠性。计算结果表明:随着空化数的降低,水翼前缘空化长度、厚度和边界层厚度均增大。随着空化区域长度的增加,水翼尾部脱落涡频率降低。空化系数变化对弯曲振动振型影响较小,但对扭转振动振型的影响较大。随着前缘空化区域的增大,弹性水翼弯曲模态与扭转模态的固有频率变化趋势一致,但附加阻尼比的变化依赖于振型。当弹性水翼在攻角2°、流速14 m/s的工况运行时,前缘空化出现后,弯曲振型下固有频率的最大增幅为2.25%,附加阻尼比减小9.00%,扭转振型下固有频率的最大增幅为20.12%,附加阻尼比增大165.70%。

摘要：本文基于标准κ-ε、RNGκ-ε和SSTκ-ω模型分别建立PANS模型,采用动态f_k方式对旋转槽道流进行数值模拟,并将其与URANS、大涡模拟、DNS结果对比。结果表明,三种PANS模型均较好的提高了RANS模型的预测效果,且成功的捕捉到流场的旋转效应。对比三种PANS对旋转槽道流的预测效果发现,基于动态f_k的不同基底模型的PANS模型在旋转槽道流算例中预测结果较为一致,压力面预测效果优于吸力面。

摘要：基于三维反问题原理,分别针对导叶式混流泵叶片及导叶特征载荷分布,结合CFD数值模拟,以水力效率为目标参数,找出相对最优载荷匹配形式,将定常湍流计算结果作为非定常湍流计算的初始流场进行非定常数值计算.结果表明,当特征载荷位于叶道中间略偏向进口处时,水力效率最高,优化后的模型整体水力效率较原始模型提高了3. 56%,导叶内部流动均匀性有所提高,叶轮出口处的射流-尾迹现象得到改善.非定常结果表明,叶轮进口处压力脉动幅值最大,对机组整体运行稳定性影响最大,通过反问题设计的模型在叶轮进口压力脉动幅值及导叶出口等处压力脉动幅值均有一定改善,有助于提高机组运行稳定性.

摘要：大型泵站前池和进水池经常存在表面旋涡和附壁涡,从而影响水泵运行稳定性。而由于大型泵站的尺度大,单一型式的导流墩很难改善这类泵站的进水流场。该文以广东省永湖泵站为研究对象,采用数值计算和现场测试相结合的方法,研究了组合式导流墩在改善大型泵站前池、进水池流态方面的效果,构建了由八字型导流墩、川字型导流墩和十字型消涡板相结合的组合式导流墩。三维流体动力学计算发现,组合式导流墩利用前端的八字型导流墩降低前池扩散角,减弱前池大尺度表面旋涡,借助后续的川字型导流墩调整流动均匀度,将水流均匀导入进水池,再通过水泵吸水喇叭管下部的十字型消涡板去除水泵吸水喇叭管周边的附底涡,提高流速分布均匀度,经计算喇叭管底面、水泵进口断面流速分布均匀度分别提高了7.8%、10.6%。实际测试表明,组合式导流墩将水泵最大压力脉动降低17.1%,将水泵振动由D区降低到C区,达到水泵技术标准规定的振动要求,保证了泵站的安全稳定运行。该研究对大型泵站建设提供了参考。

摘要：导叶式混流泵被广泛应用于工农业调水输水中,本研究针对导叶式混流泵临界空化系数不满足设计要求的情况开展空化性能的优化。通过对空化体积与低压区位置的比较,定义“叶片前缘低压控制体”概念作为空化性能的判定标准。采用扩散角积分法进行叶片前缘几何形状的参数化,简化为前缘椭圆弧长短轴比、直线扩散角、厚度积分表达式系数三个优化参数。以0.7、1.0、1.2倍设计工况下的加权“叶片前缘低压控制体”体积系数为优化目标,采用全域动态判据优化算法进行寻优,最终得到空化性能的优化方案。对比分析优化前后的空化性能发现,空化规模有效降低,三个工况下的临界空化系数均满足设计要求,且水力性能不受到显著影响。以“叶片前缘低压控制体”体积作为优化目标来提高水泵空化性能具有合理性及良好的可适性。

摘要：为研究旁通阀在长距离重力流输水管路检修过程中的作用,基于特征线法,建立了旁通阀计算模型.结合某大型重力流输水工程,对设置旁通阀与否的管路水力过渡过程进行了分析.结果表明,不设置旁通阀时,检修阀关闭会引起系统较大升压;设置旁通阀后,系统压力波动明显变缓,最高压力包络线与设计压力线在检修阀下游几乎重合,在检修阀上游稍有升高,相应地,最低压力包络线在检修阀上游与设计压力线稍有下降,在检修阀下游几乎重合.通过调试检修阀与旁通阀的关闭规律可以发现,检修阀关闭时间一定时,旁通阀关闭时间越长,最大压力越小,压力波动越平缓;而旁通阀关闭时间一定时,检修阀关闭时间的变化对压力波动形状影响不大,但会影响压力波动的开始时刻.同时,对不同管段检修工况压力极值统计发现,旁通阀对系统不同位置管段的防护程度不同,对起点和末端管段的压力防护作用最大.