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基于CFD-DEM的旋流式固液两相流泵数值模拟与试验研究被引量：1: 2022年; 【目的】探究旋流式固液两相流泵内流动特征。【方法】基于CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)耦合模型,选用油菜籽颗粒,在不同流量工况和颗粒体积分数下对旋流泵固液两相流场进行数值模拟和试验研究,研究旋流式固液两相流泵的内部流动规律及颗粒分布特征。【结果】小流量工况下循环流漩涡特征较明显,进口旋转回流长度较长,对进口来流扰动较大,随着流量增大,循环流影响范围减小;泵内颗粒受到贯通流和循环流的共同作用。管壁中心颗粒受贯通流的影响较大,颗粒穿过无叶腔直接进入叶轮,而靠近管壁的颗粒受循环流的影响较大;叶轮内沿着轴向3个截面处颗粒分布有着较为明显的差异,从叶轮前端面到后盖板,颗粒数量逐渐增多;蜗室内存在一对旋转方向相反的漩涡,在第Ⅴ断面之后前侧涡束逐渐消散,后侧涡束一直旋转至第Ⅷ断面处;在贯通流和循环流的作用下,油菜籽颗粒被旋转回流沿着管壁面带入到进口区域。【结论】循环流的存在导致旋流泵效率较低,但在输送颗粒时循环流起到较大的作用,使得泵输送性能较强;模型泵数值模拟与试验结果基本一致,验证了模拟的可靠性。; 赵婷高雄发叶晓琰张德胜施卫东段军利王家斌施亚; 关键词：高速摄影

基于DEM-CFD的旋流泵大颗粒内流特性模拟与试验被引量：9: 2020年; 鉴于抗堵塞性能较优的旋流泵在输送污水时,其过流部件仍存在磨损、半堵塞等问题,将DEM-CFD方法引入旋流泵数值模拟中,研究旋流泵在输送不同粒径、体积分数颗粒时的颗粒运动物理特性,以及颗粒与液相、固壁多向耦合的运动特征,并进行了试验验证。结果表明,由旋流泵输送油菜籽试验可知,外特性计算结果与试验结果基本一致;在该旋流泵模型特征下,进口管与无叶腔区域由循环流引起的颗粒旋转流动现象较为严重,从无叶腔沿着进口壁面螺旋式逆向回流,与进口顺向来流相混达到平衡,试验拍摄结果与数值模拟结果较为相符,说明DEM-CFD耦合方法具有一定可靠性;旋流泵内部存在3种不同的颗粒运输方式,第1种为颗粒随贯通流经由叶轮进入蜗壳,第2种为受循环流影响经由无叶腔直接甩入蜗壳,第3种为颗粒从叶轮前端面区域进入叶轮,再经叶轮进入蜗壳;对蜗壳内流特性进行分析,发现颗粒主要分布在蜗壳后侧,在扩散段到蜗壳出口区域,颗粒随液体以螺旋的方式流出,蜗壳断面叶轮侧形成大小不等的螺旋涡。; 施卫东施亚高雄发张德胜郎涛赵婷; 关键词：旋流泵大颗粒高速摄影数值模拟

基于Lighthill声类比理论的喷水推进泵不稳定流动诱导噪声的数值研究被引量：6: 2021年; 喷水推进泵内部不稳定漩涡流态对舰船推进系统的稳定性和噪声具有重要的影响,为了研究多工况下的流动特性及流致噪声机理,采用了计算流体力学(CFD)与计算声学(CA)耦合数值模拟的方法,针对喷水推进泵的不同的运行工况进行了精细化非定常数值模拟,并与实验结果进行了验证。基于非定常数值模拟结果,将叶轮表面旋转偶极子与导叶表面固定偶极子的CGNS数据作为声源,采用BEM法开展了一系列的内声场及外声场声振耦合计算。研究结果表明:喷水推进泵压力脉动的幅值从叶轮进口处到导叶出口处逐渐减小;在额定工况下,喷水推进泵内部的压力脉动系数的最大值都出现在一阶叶频附近,叶片通过率是幅值的主要影响因素;随着流量工况减小,一些监测点在低频范围内的压力脉动超过一阶叶频处的值,成为主频;随着流量减小,喷水推进泵内部压力脉动幅值明显增大,内声场的声功率级随之上升,外声场声振耦合的声压级也随之增大,且呈现出明显的偶极子特性,本文的研究结果为舰船喷水推进泵的低振低噪设计和运行提供了理论基础。; 张德胜张乃舒许彬赵睿杰高雄发李宁; 关键词：喷水推进泵噪声

基于DEM-CFD耦合的泵内颗粒流动特性研究被引量：4: 2021年; 随着我国加快深海、深地资源的开发力度,对此类应用环境下的液体提升泵的可靠性提出了更高的要求。而泵内固体颗粒引起的磨损破坏是其中一个严重问题。本文基于DEM-CFD耦合方法,针对自开发的两级混流泵研究了颗粒在泵内部与流体相互作用下的流动特性和对泵的磨损规律,并基于该泵分析了不同颗粒形状、颗粒浓度下的运动特性和泵磨损分布,发现颗粒主要沿着叶轮工作面以及导叶凹面运动,且随着浓度增加,磨损速率会逐渐达到一个饱和值。本文分析探讨了颗粒在泵内的流动特性、颗粒与叶轮导叶发生碰撞的形式及磨损严重区域,对设计抗磨损多级混流泵提供了理论支撑。; 夏铖赵睿杰施卫东张德胜张德胜; 关键词：数值模拟

粗颗粒浓度对固液两相流输送离心泵性能和磨损影响研究被引量：1: 2021年; 固-液两相输送系统中由于输送介质中含有大量硬质颗粒,在运行过程中泵的过流部件材料磨损严重,导致泵扬程和效率偏低,从而危害整个输送系统的运行安全。该文基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)与离散单元法(Discrete Element Method,DEM)相耦合的方法,并考虑了颗粒对湍流调制的影响,通过与已有实验结果对比,验证了该计算模型的准确性。研究了固体颗粒浓度对泵性能和磨损的影响。结果表明,小浓度颗粒的加入减弱了泵内湍动能,泵内流动更稳定,扬程和效率提高;大浓度工况下,泵内颗粒团聚现象严重,泵内湍动能增大,导致泵扬程和效率降低;颗粒与叶片头部和叶片工作面碰撞频繁,叶轮叶片磨损主要位于叶片头部和叶片工作面,颗粒在蜗壳隔舌处聚集,隔舌处磨损最严重。; 赵睿杰李静赵有龙张德胜高雄发; 关键词：离心泵固液两相流磨损

基于DEM-CFD的旋流式多叶片泵固液两相内流特性研究: 旋流式多叶片泵由于抗堵塞能力优于一般泵种,近年来逐渐得到推广应用,但在输送含固体物的污水时,过流部件仍会遭遇磨损、半堵塞等问题,因此掌握固体颗粒在旋流式多叶片泵中的流动特性尤为关键。DEM-CFD耦合方法逐渐应用到旋转机...; 高雄发赵婷施卫东张德胜施亚; 关键词：数值模拟; 文献传递

ALIP电磁泵三维瞬态特性与不稳定流动机理被引量：4: 2019年; 采用基于有限元法的COMSOL软件,建立ALIP电磁泵三维瞬态磁流耦合模型.通过整体式外定子ALIP电磁泵模型的模拟结果与前人试验数据的对比,验证模型的正确性.在此基础上,建立分离式外定子ALIP电磁泵模型,观察到类开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象的演化过程.周向面(φ-z)上逆向流和涡总是出现在2个定子间空气对应的流道区域,后期在空气对应的涡流区域后方出现类似波浪的流体摆动;子午面(r-z)上不稳定流动最先在外管壁处出现.最后,从力平衡角度分析类开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象的形成机理.研究表明,分离式定子结构使磁场和洛伦兹力在周向和径向上分布不均,进而影响流场分布,最终导致不稳定流动.; 赵睿杰苗衡张德胜黄俊高雄发; 关键词：磁流体动力学 CFD

轴流泵叶轮非线性环量数学模型建立与试验被引量：7: 2013年; 以轴流泵叶轮出口速度梯度方程和轴面速度表达式为基础,建立了轴流泵叶轮非线性环量数学模型,并推导了叶片出口流动方程式。采用微型五孔球形探针,对南水北调工程用轴流泵模型(TJ04-ZL-06)最优工况下叶轮出口不同半径位置的环量和轴面速度分别进行了试验测量。试验结果表明,高效轴流泵叶轮出口环量呈现非线性分布,在叶片中部较为平直,在轮毂侧环量降低至中部的0.8倍左右,而轮缘侧增大至中部的1.2倍左右;同时叶轮出口轴面速度分布呈现抛物线流型,叶片中部速度最大。基于建立的非线性环量数学模型对叶轮出口轴面速度分布进行了计算,结果表明不同半径的轴面速度计算值与试验值误差均小于5%,验证了数学模型的可靠性。; 张德胜施卫东李通通高雄发关醒凡; 关键词：轴流泵数学模型

基于CFD正交试验的旋流泵优化设计与试验被引量：45: 2014年; 为了优化旋流泵的水力性能,找出影响旋流泵性能的主要结构参数,采用正交试验方法,选取叶轮外径D2、叶片数Z、叶片宽度b2、叶片出口安放角β2、叶片进口安放角β1为主要因素,选取L16(45)正交表得到16组方案,由数值计算结果级差分析初步获得各因素的较优取值范围,再次进行少因素的正交试验,通过级差综合分析法,探索主要因素对旋流泵的影响规律,找到了影响旋流泵性能的主要因素和次要因素,最终得出较优方案组合。原型机和较优设计方案内流场和试验结果对比分析表明:旋流泵进口处产生两个不同程度的回流损失;优化方案内流场回流损失较少,优于原型泵;较优方案比原型机的效率高出4.2个百分点,扬程高出10 m左右;效率和扬程有一定的提高,满足设计要求,验证了正交试验的可行性。; 高雄发施卫东张德胜张启华方波; 关键词：旋流泵结构参数正交试验

井用潜水泵级间间隙泄漏CFD分析与试验被引量：6: 2016年; 鉴于级间间隙泄漏量试验难于测量的局限性,为了研究井用潜水泵泄漏量的变化对性能的影响,以200QJ80-22井用潜水泵为研究对象,首次应用CFD软件对不同的前口环间隙、后口环间隙以及级间间隙进行全流场数值计算,得到的结果与试验结果对比分析,并对级间间隙泄漏量经验公式估算值与数值计算值进行比较,分析泵在不同的间隙泄漏下对内部流场和外特性的影响,在级间间隙内和进出口区域布点监测其压力值,并进一步分析级间间隙压力变化对整泵性能的影响。结果表明:对不考虑所有密封环、只考虑前密封环泄漏和考虑前后密封环泄漏以及间隙泄漏在内的三种模型数值计算结果与试验结果对比分析,发现三种模型数值计算效率值与试验值误差分别为24.5%、12.9%和6.7%;而三种模型数值计算扬程值与试验扬程误差分别为25.9%、15.9%和9.3%。额定工况下经验公式估算的泄漏量与数值计算得到的间隙两端压差代入公式估算泄漏量,小间隙时较为接近,大间隙时相差较大,研究结果对级间间隙泄漏量的计算有一定的参考价值。; 高雄发施卫东张启华张德胜; 关键词：井用潜水泵全流场

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