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• 2009年, 27卷, 第5期
  刊出日期：2009-09-30

    

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  泵站工程与给排水
  泵理论与技术
  流体工程
  

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泵站工程与给排水
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  泵站工程与给排水

  原型及模型泵水力装置参数换算

  周君亮

  2009, 27(5): 273-280. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.001

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  基于我国低扬程泵和泵站采用模型水工试验作为设计前期工作,阐述了行业规定在泵水力装置模型制作中,要求流道过流表面粗糙度与原型按一定比例相等和不重视容积损失相似,有比尺效应;在模型试验中,流道水流流态可能有部分在光滑紊流区,与原型水流流态不相同,有Re数效应,造成原、模型水力参数换算后误差很大,要用经验公式修正.针对由于水力装置结构的比尺效应和Re数效应的复杂性,造成各国学者所提出经验公式的形成依据与实物不尽相似,且有时误差仍较大,提出了采用在模型试验结果中人工消除换算原型参数中的比尺效应和Re数效应,成为新模型,将新模型由水工相似定律,按等效率换算成原型水力参数的方法,可以提高换算结果精度.
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  泵站工程与给排水

  泵站侧向进水引河段三维紊流数值模拟

  刘超， 韩旭， 周济人， 金燕， 成立

  2009, 27(5): 281-286. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.002

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  受侧向进水的弯道水流特征的影响,侧向引河段内会产生大尺度回流.对侧向引河段的回流流动,以及为消除这种回流而采用的"底坎+Y形导流墩"的组合整流措施后的流动,分别进行了数值模拟,并获得了侧向引河段的三维全流场.结果表明,这种复式导流措施有效地消除了侧向引河段内的回流,改善了引河段出口(进水流道或进水池进口)的流速分布.在进水流道进口前10cm断面处,流速分布均匀度达到84.43%;当底坎坎高取正常水深的0.30~0.45倍时,能获得较好的整流效果;Y形导流墩使流动对称性显著改善,涡流回旋强度减小,为后续的整流提供了有效的先期结果.经与试验结果对比,CFD数值模拟的计算结果与模型试验的结果是一致的,说明计算结果可信.
泵理论与技术
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  泵理论与技术

  离心泵压力脉动对流动噪声影响的试验研究

  袁寿其， 薛菲， 袁建平， 汤跃

  2009, 27(5): 287-290. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.003

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  为了研究离心泵内部压力脉动和流动噪声在不同工况下的变化规律及其关系,采用试验方法,用高频压力传感器和水听器分别采集离心泵出口脉动压力和流动噪声信号,并进行时频域和自功率谱分析.结果表明:各工况下,叶片通过频率是压力脉动和流动噪声的主频,这是由叶轮和蜗舌之间的动静干涉引起的,而流动噪声在轴频二倍频(44.8 Hz)和224.8 Hz处也有明显峰值,这是由叶轮叶片数和蜗壳壳体振动引起的.小流量和设计流量下,流动噪声频谱与压力脉动频谱形状比较相符,流动噪声可以近似看作是由压力脉动引起的;随着流量的增大,流动噪声频谱除了包括压力脉动的主频外,还包括汽蚀和湍流等引起的500 Hz以上的高频部分.
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  泵理论与技术

  大出口角叶轮离心泵输送粘油性能计算

  李文广

  2009, 27(5): 291-296. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.004

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  采用FLUENT计算了44°大出口角叶轮离心泵输送水和粘油的水力性能,通过研究叶轮理论扬程、滑移系数、水力损失系数等重要参数,重点研究了液体粘度对泵水力性能的影响,并将计算的泵扬程和效率与试验数据进行了对比.分析了"扬程突升"现象和叶轮理论扬程曲线出现驼峰的原因.结果表明,计算的泵扬程和效率与试验值仅能部分吻合.虽然能够预测出"扬程突升"现象,但是不能象试验那样在较宽粘度范围内得到维持.小流量工况的蜗壳与叶轮的强烈作用是叶轮理论扬程出现驼峰的原因.增加叶片出口角会使各个工况下的蜗壳和小流量下叶轮水力损失加大,但大流量下叶轮水力损失下降.  
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  泵理论与技术

  双流道泵内固液两相流动的数值模拟

  刘厚林， 陆斌斌， 谈明高， 王勇， 王凯

  2009, 27(5): 297-301. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.005

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  采用Mixture多相流模型,对一比转速为80的双流道泵内固液两相流动进行了叶轮蜗壳耦合数值计算,比较了不同颗粒直径、不同颗粒体积浓度和不同工况等3种因素,对该双流道泵内静压分布、绝对速度分布、固相体积浓度分布以及泵能量外特性等的影响.结果表明:颗粒直径的变化对泵的固相体积浓度分布的影响最为明显,对静压分布、速度分布及泵的外特性等的影响较小;颗粒体积浓度的变化对泵内静压、固相体积浓度分布和外特性等都有比较大的影响,对速度分布没有明显影响;工况的变化对泵内静压和速度分布的影响最大,对固相体积浓度分布影响较小.本研究还表明,该固液两相流双流道泵的性能曲线趋势,与一般清水离心泵的基本相同;在输送颗粒直径为0.075 mm左右、体积浓度为30%的固液混合物时,该泵运行性能最优.
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  泵理论与技术

  轴流泵前置导轮内部流场的大涡模拟

  王春林， 吴志旺， 赵佰通， 刘红光， 易同祥

  2009, 27(5): 302-305. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.006

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  前置导轮自身具有优良的进口性能,能够改善主叶轮的进口条件,使用盒式滤波器将连续方程和动量方程经空间滤波得到大涡模型.采用CFD软件,对设计工况下带有前置导轮轴流泵进行三维不可压缩湍流数值模拟.分析了前置导轮内部流场的压力、速度和流线分布情况.结果表明,导轮叶片静压由进口到出口不断增大,提高了轴流泵抗汽蚀性能;叶片进口背面有一个低压区,此处易发生汽蚀;叶片表面的压力分布不仅沿叶片导程的方向逐渐增加,径向上也有增加,且没有发生较大的冲击和二次流现象;流线沿导轮型线良好地缠绕,没有出现回流、漩涡等现象.结果对轴流泵的设计、改进和优化提供有益的参考.
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  泵理论与技术

  用正交试验研究分流叶片对离心泵性能的影响

  袁建平， 李淑娟， 付跃登

  2009, 27(5): 306-309. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.007

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  为了研究分流叶片各设计参数对离心泵性能的影响,选取周向偏置角、偏转角、分流叶片进口直径及叶片数4因素,制定了L9(34)正交试验方案,对每个试验叶轮分别进行了数值计算和试验研究,详细分析了分流叶片设计参数对离心泵性能的影响规律.结果表明,影响离心泵扬程和效率的最主要因素分别是叶片数和叶片直径;而泵性能最优情况下,分流叶片的最佳组合参数为:叶片数Z取较大值,周向位置为0.60θ,进口直径约为2/3D2,偏转角为-5°~-10.°试验结果和数值模拟结果基本吻合,验证了数值计算方法的有效性和可靠性,为进一步研究低比转速离心泵的水力性能和优化设计方法提供了有益的参考.
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  泵理论与技术

  离心泵叶轮的参数化设计

  张人会， 杨军虎， 李仁年

  2009, 27(5): 310-313. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.008

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  针对传统离心泵叶轮设计步骤繁琐的不足,提出了采用4次Bezier曲线来设计叶轮的轴面流线及叶片型线的方法.详细介绍了轴面流线和叶片型线的控制方法,使其和传统的离心泵设计理论结合起来.将椭圆型偏微分方程应用于叶轮轴面的离散以及叶片空间曲面的生成,并将叶片的空间曲面造型问题转换成偏微分方程的边值问题,控制边界条件即达到对叶片的控制.数值求解边值问题的解,即可得到泵叶片的数值模型,然后再将叶片的数据导入造型软件并生成叶轮的实体造型,实现了离心叶轮的参数化设计.实例计算结果表明,提出的理论和方法是有效的,能够实现叶轮的快速高效设计.
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  泵理论与技术

  叶轮外径对离心泵内流影响的CFD分析

  谈明高， 刘厚林， 王勇， 王凯， 董亮

  2009, 27(5): 314-318. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.009

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  采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对6台离心泵在不同叶轮外径下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟.根据数值模拟结果对6台离心泵的能量性能进行了预测,并分析了叶轮外径变化对泵内部流场的影响.性能预测结果与切割定律计算结果的对比表明,随着叶轮外径的变化,泵扬程和轴功率的变化基本符合切割定律,但效率存在一定的波动.内部流场分析表明,叶轮外径变化对叶轮进口静压和总压分布的影响较小,对叶轮出口和蜗壳内静压及总压分布有着明显的影响;叶轮外径变化还对泵内尤其是蜗壳割舌附近的绝对速度分布有较大影响;当叶轮切割量大于4%后,蜗壳扩散段的流动分离现象就会逐渐消失.
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  泵理论与技术

  叶片安放角变化规律对离心泵性能影响分析

  潘中永， 谢蓉， 曹英杰， 李晓俊

  2009, 27(5): 319-322. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.010

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  分析了3种不同叶片安放角变化规律对泵性能的影响.叶片工作面和背面的相对流速根据流道内质点运动微分方程求解,压力分布根据相对运动Bernoulli方程计算,将压力力矩沿叶片表面进行积分得到泵叶轮的等价输入功率.根据叶片表面的相对速度计算叶轮扬程的滑移系数,进而计算各工况下泵的扬程以及水力效率.通过分析及试验研究表明,采用滑移理论可以准确分析设计工况点叶片安放角变化规律对泵性能的影响,双圆弧和线性变化规律的差别对泵的扬程影响不大,单圆弧叶片叶轮的扬程略低.影响滑移系数的关键是叶片工作面靠近出口部分的型线的设计.
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  泵理论与技术

  离心泵叶轮出口盖板形状对水力性能的影响

  牟介刚， 李思， 郑水华， 金建波， 苏苗印

  2009, 27(5): 323-326. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.011

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  利用CFD数值模拟和试验两种方法,以Y80—100低比转速离心泵为研究对象,分析了离心泵叶轮出口盖板形状与水力性能的关系,对传统的圆弧形盖板和新型的直边型盖板进行了研究.从理论上分析了直边型盖板对离心泵性能曲线的影响.利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用RNGk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLE算法,对两种水力模型在7种不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果重点分析了小流量工况下两种模型内部流场的动压、静压分布情况,并绘制性能曲线,预测曲线与试验曲线基本一致.研究表明:新型的直边型盖板具有消除性能曲线驼峰,提高泵的流量、扬程的特点.研究成果有较好的实际工程应用价值.  
流体工程
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  流体工程

  基于特征线方程N-S方程非增量型分离算法

  陈炎， 曹树良， 梁开洪， 祝宝山

  2009, 27(5): 327-331. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.012

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  为克服传统有限元方法求解流场时由于对流项占优而引起的求解振荡和基函数选择困难的问题,推导了基于特征线方程的粘性不可压N-S方程的增量型和非增量型分离算法的公式及求解步骤,并讨论了两者的Babuska-Brezzi条件.沿着特征线方向,N-S方程的对流项消失,方程矩阵是自伴随矩阵,可以自动满足有限单元法中能量泛函最小的要求,并可以给出合理的粘性耗散项.动量方程的求解采用非增量型分离算法,压力和速度可以采用任意阶次的插值函数,离散后的方程自动满足Babuska-Brezzi条件.为验证算法的可靠性,采用T3P3空间等阶次U-p单元计算了方柱绕流.结果表明:基于特征线方程的非增量型分离算法可以很好地应用于粘性不可压流场的计算,与目前流行的其它方法相比,该算法有明显的优势.
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  流体工程

  往复式增压器的运动特性分析

  杨敏官， 喻峰， 康灿， 王育立

  2009, 27(5): 332-336. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.013

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  增压器作为超高压水射流切割机的"心脏",其运行参数直接决定了整台设备的性能.基于牛顿第二定理和水的压缩性公式,建立了不同行程时间段增压器内部的运动微分方程,并通过MATLAB软件对其进行了数值求解.由分析可知,系统油压是增压器运动的重要影响参数,增压器在3个不同的阶段具有明显不同的运动特性,整体呈现先作加速度不断减小的加速运动,接着作加速度不断增加的减速运动,最后作加速度不断减小的减速运动的规律.在行程中出现的最大速度,也远远大于整个行程的平均速度.将理论分析结果与试验结果进行了比较,证明了理论分析的合理性.
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  流体工程

  荷电气固两相流动凝并特性试验

  闻建龙， 张星， 王志强

  2009, 27(5): 337-340. https://doi.org/10.3969／j.issn.1674—8530.2009.05.014

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  采用传统除尘设备很难有效清除亚微米粉尘,而静电凝并是净化亚微米粉尘的有效方法.设计了一种静电凝并试验装置,以电厂飞灰为实验粉尘,对其荷电性能及凝并沉积性能进行了试验研究.飞灰粉尘直径在0.5~10μm之间,绝大多数在2~10μm之间.试验结果表明:荷电颗粒的荷质比随荷电电压值的升高呈现非线性方式增长,粉尘颗粒更容易荷负电;凝并沉积效率随风速的增大及浓度的减小而增加,随荷电电压绝对值的升高而增加;在双极非对称荷电组合电压+25 kV/-23 kV时具有最高的凝并沉积效率.荷电后粉尘的粒径分布情况表明,在荷电段出口处,10μm以上颗粒的粒径频率分布有了明显的增加.