基于CFD的离心式高效喷溅装置水力特性_陈倩
基于CFD的离心泵内部流场数值模拟
基于CFD的离心泵内部流场数值模拟作者:郑玉彬张旭明来源:《科技创新与应用》2014年第21期摘要:为研究CFD技术在离心泵内部流场分析方面的应用,通过三维软件Pro/E对核主泵内部流道进行三维造型,基于雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型两方程及SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件CFX对泵进行了定常数值模拟和分析。
结果表明:由于蜗壳的扩压作用,在0.6Q~1.3Q泵的内部压力变化梯度明显,从叶轮进口向蜗壳出口方向,压力逐渐增加。
在0.9Q~1.1Q工况,泵内的压力变化更加均匀,这表明在设计点附近,泵的流动更加稳定。
而在1.2Q和1.3Q工况,在第八断面附近,出现高压流体和低压流体交汇,流场分布不均匀,这表明泵在大流量区域流动不稳定。
应用CFD技术能很好的分析离心泵的内部流场。
关键词:CFD;离心泵;数值模拟随着工业和城市化的进一步发展,我国面临着水污染严重,污水治理起步晚、基础差、要求高的形势,因此开发高效节能的排污泵能够降低能耗,达到节能的效果,可以为国家带来巨大的经济效益[1]。
施卫东[2]为实现低比转速潜水排污泵高扬程、高效率、无过载性能的统一,对WQS150-48-37型低比转速潜水排污泵采用不同设计方法,经优化得出3种方案,应用Pro/E软件建模,结合Fluent软件对3种方案进行了多工况内部流场分析和性能预测,并与外特性试验结果对比。
丛小青[3]针对低比速排污泵轴功率曲线随流量增大而增大这一特点,从理论上推导了排污泵产生无过载轴功率的条件,分析了主要几何参数对扬程曲线斜率的影响,给出了无过载排污泵水力设计中主要几何参数的选择原则和范围,同时通过设计实例,阐述了无过载排污泵的设计方法。
刘厚林[4]通过对双流道泵叶轮和蜗壳里的水力损失、容积损失、机械损失的分析,提出了双流道泵扬程曲线、效率曲线的性能预测方法,分别给出了双流道泵叶轮和蜗壳内各种摩擦损失、扩散损失,及主要局部损失的计算方法。
基于CFD喷水推进泵性能分析及其优化设计
确 。叶片 的导 边 和 随边 对 泵 的性 能 影 响较 大 , 其
几 何处理 是建模 的关 键点也 是难 点 。利 用 UG草 图的功 能 对 叶片 导边 、 随边做 精 细 处理 , 边 、 导 随 边 按照设 计 的变化规 律光 滑过渡 。 2 2 网格划 分 . 采用 全结 构化 网格 划分 , 于 转 子扭 曲度 较 鉴 大采用 J 拓 扑 结 构 ( 图 2 , 子 扭 曲度 较 小 形 见 )定 采用 H 形拓扑 结构 ( 图 3 。转 子 和定 子 叶片壁 见 )
测误差 一般 5 [3。印度 Ki o k rB oh r 泵 23 - r s a rt es l
塞+ ( ) ) ( 昙[ ( + ] 2 + )
— —
式 中 : —— 体 积力 作用 在 流体上 的压 力 水密 度 ;
— —
业 公 司为准 确预 测 离 心泵 性 能 , 行 了多 方 案 数 进 值 试验 研究 , 所得 扬程 一流 量 、 率一 流量 曲线 在 效
a 前 置 定 子 ) b )转 子 c 后 置 定 子 )
图 1 喷 水 推 进 泵 几 何 分 解 图
15 2
第 2 期
船
海
工
程
第 3 卷 9
几何 模 型要 保证 各个部 件之 间 的相 对位 置准
选用 S T模 型 , 求 ,0 。 1 0 计 算 得 S 要 2 ≤ 。 0 , ≤
第 3 9卷
第2 期
船 海 工 程
S P & OCEAN HI ENGI NEE NG RI
Vo . 9 No 2 13 . Ap . 0 0 r 2 1
21 0 0年 4月
基 于 C D 喷水 推 进 泵 性 能 分 析及 其 优 化 设 计 F
基于CFD仿真及水轮机理论研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题
基于CFD仿真及水轮机理论研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题1. 引言1.1 研究背景液力透平是一种通过水动力学原理来转换水流动能为机械能的装置,主要用于水力发电等领域。
随着科技的不断发展,液力透平的设计和优化也变得日益重要。
在实际运行过程中,液力透平的效率并不总是能达到设计工况下的最高效率点,存在偏离设计工况的情况,这就导致了能源的浪费和运行效率的降低。
为了解决液力透平效率不足的问题,研究人员开始借助计算流体动力学(CFD)仿真技术来模拟并分析液力透平的流场特性,以便找到优化设计方案。
通过对液力透平工作原理、CFD仿真应用、影响效率的因素分析等方面的研究,可以更好地理解液力透平效率偏离设计工况的原因,并提出改进设计的建议。
深入研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题,不仅有助于提高液力透平的运行效率和节能减排,也对水力发电等领域具有重要意义。
在当前能源短缺的形势下,优化液力透平设计不仅可以提高能源利用效率,还能为可持续发展做出贡献。
1.2 研究意义液力透平是一种通过水力能量驱动的发电装置,其高效率和可靠性使其在能源领域广泛应用。
在液力透平的设计过程中,往往会出现最高效率点偏离设计工况的问题,导致其性能不如预期。
研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题具有重要意义。
通过研究液力透平最高效率点偏离设计工况的原因,可以帮助工程师更好地理解液力透平的工作原理,从而优化设计方案,提高效率。
针对影响液力透平效率的因素进行分析,可以为改进液力透平的设计提供理论依据。
而通过CFD仿真在液力透平研究中的应用,可以更加直观地观察液力透平内部流场的变化,为研究提供更多的数据支持。
研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题,对提高液力透平的性能、降低能源损耗具有重要的意义。
展望未来,通过不断深入研究和改进设计方案,可以进一步提高液力透平的效率和稳定性,推动能源行业的发展。
1.3 研究现状在液力透平领域,研究者们已经取得了一些重要的成果,过去的研究主要集中在理论推导和实验验证上,以探索液力透平性能的提升路径。
基于CFD流动分析的泵站肘形进水流道水力特性研究
参数的取值范围. 计算流场 与实验结果进行 了比较 , 两者较为吻合, 这表明采用
计 算模 型和 方法 是可 靠 的. 出 了新 的优 化设 计思路 , 提 即先按 照控 制主 要参数 尺 寸进行 流道 轮廓 线进行 设 计 , 后设 计进 水流 道 的各 过渡 断面 , 照各 断面平 均 然 按 流速 光 滑变 化进行 控制 , 后通 过 C D 技 术进 行 流 场 细 节分 析 和 水 力 优 化. 最 F 这 将 大大减少 水 力优 化设 计 的工作 量和 难度 .
第1 6卷 6期 20 0 8年 1 2月
应用 基础 与工 程科 学学 报
J RNAL O AS C S I CE AN E OU F B I C EN D NGI ER NG NE I
中图分类 号: V 3 . T 1 14 文献标识码 : A
V0 . 6. . 1 1 No 6
De e e ( 】 c mb r2 x8
文章 编号 : 0 . 3 (0 8 0 . 9 - 1 5 9 0 2 0 )60 1 9 0 - 0 - . 8 0
基 于 C D 流 动 分 析 的泵 站肘 形 F 进 水 流 道 水 力 特 性 研 究
成 立 , 刘 超 薛 坚2 周济人 汤方平 , , ,
道 内定 常流 动. 于 F U N 软 件 的 C D(o pt i l uddnmi ) 动计 基 L ET F cm uac i ya c 流 taf l s 算 , 得 了肘形 进水 流道 内部 三 维流 动 规律 : 内部 水流 为 逐 步 收缩 的运 动 , 获 其 分
基于CFD技术的Sarns离心式血泵流动特性分析北京生物医学工程
基于CFD技术的Sarns离心式血泵流动特性分析北京生物医学工程程云章;朱莉花;张伟国【摘要】目的应用专业计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)分析软件FLUENT,对一种具有长短叶片的Sarns离心式血泵的内部流场进行三维数值模拟.方法利用Solidworks软件对Sarns型血泵进行三维建模,然后对所建模型网格处理,通过选取标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,具体分析了内部流动状态、压力分布、壁面剪切力等流场特性.结果结果表明,该离心泵内部流场分布较不匀,叶片及血泵出口处有回流和旋涡现象,剪切力大小基本处于致红细胞破碎的临界状态之下,高转速下剪切力最大,主要分布在叶轮区域,但暴露时间极短,基本满足血液生理要求.结论该研究为Sarns血泵的进一步优化提供了理论基础.%Objective To simulate the three-dimensional internal flow field of a Sarns blood centrifugal pump with long and short blades by using computational fluid dynamics (CFD) software FLUENT. Methods We used the software Solidworks to build a three-dimensional model and selected the standard κ-ε turbulence model and the SIMPLE algorithm to analyze the flow characteristics of the internal flow status, pressure distribution and wall shear force. Results The analysis result demonstrated that there were several deficiencies in this pump, such as uneven velocity distribution, partial backflow and whirlpool between the blades and near the outlet of the pump. The shear stress distribution was under the critical state of breaking red blood cells and the maximum value of shear stress appeared in the impeller area under high-rotational speed. As the exposure time wasshort, the shear stress distribution could basically meet the physiological requirements of blood. Conclusions This research offered a theoretic basis for the further optimization of Sarns blood pump.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】6页(P111-116)【关键词】血泵;血栓;溶血;剪切力;计算流体动力学【作者】程云章;朱莉花;张伟国【作者单位】上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,200093;上海医疗器械高等专科学校,上海,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】R318.01据世界卫生组织相关数据显示,当前约30%的人患有血管疾病和心脏病,且这个数字在不断增大,预计到2020年将达到40%左右[1]。
离心式喷嘴雾化特性的数值模拟
通 过 模 拟 计 算 得 到 了 喷 口 油 膜 的 轴 向 、切 向 、径 向
速 度 ,根 据 喷 雾 半 锥 角 的 计 算 公 式 ,经 过 数 据 处 理 可 以
得到流量与 喷 雾 半 锥 角 的 数 据 关 系,见 图 3。 喷 嘴 半
锥角β 的计算公式如下[3]:
β=arctan(v2径v+2轴v2切
通过对不同燃油 流 量 模 拟 得 到 供 油 压 力 数 据,将 其 与 试 验 数 据 比 较 ,见 图 2。
从图 2 中可 以 看 到 :随 着 流 量 的 增 加 ,供 油 的 压 力 也在不断增加 ;计 算 值 低 于 试 验 值 ,这 是 因 为 模 拟 计 算 是基于燃油 的 进 口 流 量 进 行 的,得 到 的 结 果 是 喷 口 处 的,而试验的测 压 点 一 般 是 在 输 油 管 上 ,是 包 括 了 沿 程 压力损失和局部压力损失的,喷口处的压力应该低于测 试点的,所以模拟结果是相对准确的。
的喷雾锥角是在喷嘴下方80mm 处的位置,此处喷雾
炬 已 有 较 大 的 收 缩 ,所 以 计 算 得 到 的 结 果 较 大 。
下,试验值和计 算 值 非 常 接 近 ,可 以 认 为 在 小 流 量 或 低 压的情况下 ,喷 口 的 雾 化 性 能 比 较 弱 ,喷 雾 炬 没 有 完 全 打开,所以随着出口距离的变化,锥角变化不大。
本文使用的燃油 喷 嘴 为 单 油 路 离 心 式 喷 嘴,燃 油 在 油 压 作 用 下 通 过 喷 嘴 内 的 旋 流 槽 ,产 生 旋 转 ,以 旋 转 液膜的形式喷出喷口,液 膜 在 离 心 力 作 用 下 在 喷 口 处 形 成 空 心 锥 ,并 与 空 气 相 互 作 用 产 生 微 小 的 油 珠 。
基于CFD的喷水推进泵导叶三维反设计研究
基于CFD的喷水推进泵导叶三维反设计研究喷水推进泵导叶是喷水推进系统中的关键部件,其设计直接影响喷水推进系统的性能。
随着CFD技术的不断发展和普及,基于CFD的喷水推进泵导叶三维反设计研究已经成为了一个热门的研究课题。
CFD技术是一种数值模拟技术,可以模拟流体力学过程,包括流场、温度场、压力场等。
在喷水推进泵导叶设计中,可以利用CFD技术进行三维反设计,即通过数值模拟来反推导叶的几何形状,从而达到优化导叶流场的目的。
在进行喷水推进泵导叶的三维反设计中,首先需要利用CAD软件建立导叶的几何模型,然后通过CFD软件进行数值模拟。
数值模拟结果包括导叶内的流场、压力场和速度场等,根据这些结果可以进行反推导叶的形状。
反推导叶的方法有很多种,比如遗传算法、神经网络、多目标优化等。
其中,遗传算法是一种比较常用的方法,其基本思想是通过模拟生物进化过程来寻找最优解。
在遗传算法中,导叶的几何参数即为基因,通过交叉和变异等操作,不断迭代得到更优的导叶形状。
进行基于CFD的喷水推进泵导叶三维反设计时,需要注意以下问题:首先,需要选择合适的CFD软件和数值模型,以保证数值模拟结果精准可靠。
其次,需要合理选择反推导叶的方法,并进行优化参数的调整。
最后,需要进行反推导叶的验证和实验,以保证设计结果的准确性和可行性。
总之,基于CFD的喷水推进泵导叶三维反设计研究是一个充满挑战的课题,需要研究者充分利用CFD技术,挖掘导叶优化的潜力,不断完善设计方法,推进喷水推进系统的发展。
数据分析是在统计的基础上对数据进行收集、整理、组织、解释和展示的过程,它是数据处理和挖掘的重要工具。
在现代社会,数据分析越来越成为各种领域中不可或缺的技能。
本文将列出几个案例中可能涉及的数据及其分析。
案例一:电商平台用户购物行为数据:用户的购物记录、订单数据、成交金额、订单号和用户ID等信息。
分析:首先要了解用户的购买行为,即用户在评论、浏览、搜索、购买商品的行为特征。
高扬程大流量离心泵CFD水力优化设计
Wa t e r R e s o m c e s a n d Hy d r o p o w e r R e s e a r c h ,B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 , C h i n a ; 3 .N a t i o n a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r — H y d r o p o w c r E q u i p me n t ,
郭 建 平
摘要 : 选哈 电 A 9 3 4模 型叶轮 作为 对 象叶轮 , 以预 定 的泵扬 程流 量特 性 ( 日一Q ) 为 目标 参数 , 在 保 证 出1 3 角不 变的情 况 下 , 将 对 象叶轮 出口直径延 拓 到 目标 叶轮 直径 , 形 成待 优 化 的 目标 叶轮 . 使 用C F X— T A S C F l o w软 件进行 改 型设计 , 针对 干 河泵站 最 大扬 程 、 最 小扬 程 以及 设计 扬 程 对应 的 工况 点 , 优 化 叶轮 的轴 面形 状 、 叶 片数 量 、 叶 片翼型 以及 进 出 1 3安放 角等 参数 , 直至 C F D预 测 的 H—Q特 性接 近或 达到预 期 的 目标 , 获得 满足 目标 参数 的 目标 叶轮 . 在此 基础 上 , 使用A n s y s C F X 对 目标 叶轮 进行 全通道 水力设 计 , 优 化 流道几何 参数 , 匹配进 水 管 、 固定导 叶 以及 蜗 壳的 几何 形
g a l p u mp t o be d e v e l o p e d,a n d i t s d i a me t e r wa s e n l a r g e d t o a n e x p e c t e d v a l u e whi l e t h e o u t l e t b l a d e
基于CFD径向流式离心泵叶轮的性能预测
机械科学与技术学报23(2009)1620〜1627 机械科学技术/content/1738-494xDOI 10.1007/s12206-008-1106-1基于CFD径向流式离心泵叶轮的性能预测作者:Suthep Kaewnai, Manuspong Chamaoot and Somchai Wongwises流体力学,热工和多相流研究实验室。
(未来),机械系工程,King Mongkut大学,Bangmod(地名),曼谷10140,泰国(收稿时间,2006年8月31日,2008年4月20日修订;接受,2008年11月17日)---------------------------------------------------------------------------------------------摘要这项工作的主要目标是使用计算流体动力学(CFD)技术,分析和预测离心泵叶轮径向流型的性能。
分析了叶轮在以下设计条件:流量528 m3/h;速度为1450转,扬程20米。
或特定的速度3033L/min(NS)美单位。
第一阶段涉及设计叶轮的域的网格生成和细化。
第二识别网设备齐全模块的初始和边界条件的阶段。
在最后阶段,不同的计算结果和叶轮的性能影响因素的分析。
结果表明,叶轮在接近设计点的19.8米总水头上升。
叶轮的损失系数为0.015在0.6 <Q / Q设计<1.2。
最大叶轮的水力效率0.98在Q / Q设计= 0.7。
扬程系数的理论仿真结果和实验数据之间的静态压力上升系数比较的基础上,从文献报道的前期工作[Guelich,Kreiselpumpen,施普林格,柏林,2004],使用此方法可以用来模拟离心泵叶轮径向流型的性能。
关键词:离心泵;CFD;叶轮径向流1。
介绍CFD在流体力学中起着重要作用。
由于数值方法的进展和计算机能力,离心泵叶轮设计如今已被使用分析三维Navier - Stokes方程的程序或CFD软件提前预测叶轮性能。
基于CFD方法的核级轴流泵水力性能研究
收 稿 日期 :2 0 1 3 . 0 1 - 1 0 ;修 回 日期 :2 0 1 3 — 0 7 - 2 5
蒋
鸿等 :基于 C F D方法 的核级轴流泵水力 性能研究
6 5
式( 6 ) 和式 ( 8 ) 可知:在 P、 g 、 Q一定的条件 下, , 7 与 H和 P之商成正 比, 而本文中 和 P的 计算结果都为正偏差 ,因此对应工况下 7 7 的偏差
照一定 的速 度和方 向进 入 叶轮 。
叶轮是将能量传递给流体的部件 ,流体流经
叶轮 时从 叶轮处得 到 能量 。
压水室位于叶轮的后部 ,由导叶和一段扩散
管组成 。其 中导叶绕驱动轴在圆周上呈周期性分 布, 它的功能是将流体一部分动能转换成压力能 , 并引导流体流人扩散管 ,而扩散管则进一步提高 流体的压力能,并将流体由出水管道排出泵体 。
制的计算机程序生成空间叶片的方法完成 叶片部 分的造型,然后在此基础上对整 台泵进行几何建 模。计算对象的几何模型见 图 2 。
图 1 泵的结构示意 图
F i g .1 S k e t c h o f P u mp S t r u c t u r e
图 2 几何模 型
在三者中最小。根据结果分析 , 计算结果和实验 结果在各个数据点上的相对差值为 1 . 0 %v 2 . 2 %, 两者吻合 良好 。 对 比图 l 2  ̄ 图l 4的计算结果和实验结果 , 可 见二者的总体趋势是一致 的,其中效率的计算值 与实测值最为接近。
的结果及该泵 的水力特性 ,并将计算结果与实验 结果 进行 比较 ,结 果表 明 : ( 1 ) 采用本文方法进行计算 ,在计算范围内 扬程 的最 大 偏 差 为 6 . 3 % ,轴 功 率 的最 大 偏 差 为 4 . 9 %, 效率的最大偏差为 2 . 2 %。 采用本文方法对 泵的水力特性进行计算 ,得到的结果与实验结果 相 比,趋势一致 ,偏差较小 ,吻合 良好 。 ( 2 ) 采用 C F D 方法对泵内流场进行数值模
科技成果——冷却塔用离心式高效喷溅装置
科技成果——冷却塔用离心式高效喷溅装置适用范围电力行业自然通风冷却塔行业现状冷却塔是当前火力发电厂汽轮机凝汽器循环冷却水系统不可缺少的重要设备,在设计工况许可范围内,凝汽器进口水温降低1℃,发电机组的发电煤耗就可降低1g左右,而凝汽器进口水温的高低取决于冷却塔的冷却效率。
其中,喷溅装置的喷溅效果直接影响冷却塔的冷却效率。
传统的喷头装置在水的扩散方面存在着不细、不均匀等问题,冷却效果不理想,循环水温偏高1.5℃左右。
据统计,目前大部分火电厂冷却塔的冷却能力都只能达到设计要求的95%左右,其节能降耗潜力很大。
目前该技术可实现节能量4万tce/a,减排约11万tCO2/a。
成果简介1、技术原理该技术适用于工业循环水的冷却塔配水系统,尤其适用于火力发电厂循环水系统的逆流式双曲线自然通风冷却塔,它的作用主要是将来自凝汽器的热态循环水均匀地喷洒到淋水散热装置中去,所喷洒出的水滴其粒径的大小、喷洒半径和喷洒的均匀性直接影响冷却塔的效率和凝汽器的真空度,继而影响发电效率和发电煤耗等经济技术指标。
GX型离心式高效喷溅装置的技术原理就是利用离心力作用使得喷溅效果大大改善,喷洒出的水滴较常用喷溅装置进一步细化、喷溅半径更大,改变了常用喷溅装置仅通过反射作抛物线运动的一维运动,实现了在完成旋转运动的同时还作抛物线运动的二维运动,增加了水、气在空中进行热交换的时间,同时由于提高了喷洒的均匀性,使得淋水填料的冷却作用更为充分。
2、关键技术在不加外力的条件下,利用配水管内的工作水头(压力)和喷溅装置结构设计的独到之处,使水流在结构的导向作用下冲击设置在喷嘴外围的转轮,转轮旋转产生离心力,使水滴沿一定的轨迹在空间完成二维运动的同时达到均匀细化,提高水气交换率,高效率地提高换热效果,降低循环水温度。
要保证实现这一目标,其关键技术是在旋转的摩擦部位采用了免润滑的高分子进口轴承,使其在冷却塔内长期的连续运转中能够抵御高温高湿的侵袭,使用寿命确保不低于10年。
基于CFD的某型喷水推进器性能研究
基于CFD的某型喷水推进器性能研究吴昊;耿巍麟;顾冰【摘要】采用CFD方法对某型轴流喷水推进器的基本性能进行测算.该型喷水推进器原用于一款小型高速摩托艇,具有工作转数高、推力大的特点.运用fluent软件以及RNGk-ε湍流模型、SIMPLEC算法、多重参考坐标系(MRF)对其进行数值计算,研究喷水推进器的设计流量、扬程、转矩、功率等性能参数,得到流场的速度和压力分布,为优化推进器的性能提供依据.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2015(044)003【总页数】4页(P155-158)【关键词】喷水推进器;CFD;高速;fluent【作者】吴昊;耿巍麟;顾冰【作者单位】湖北三江船艇科技有限公司,湖北孝感432100;湖北三江船艇科技有限公司,湖北孝感432100;湖北三江船艇科技有限公司,湖北孝感432100【正文语种】中文【中图分类】U661.31喷水推进器从船底由进水口通过进水流道吸水,再经过喷泵做功通过喷口向船后高速喷出,利用喷出水流的反作用来推动船舶前进[1]。
喷水推进器具有优越的水力性能及结构特性优势(机动性好、操纵灵活及高航速时效率高,等),其使用及需求范围越来越广泛,发展势头迅猛。
近年来数值模拟方法越来越多地应用于喷水推进器部件与流场分析评估与性能预报等研究中[2]。
本文研究的喷水推进器用于某高速艇。
该推进器转速高(7 500 r/mim)、推力大(快艇时速可达95 km/h),但其主要性能(如流量、扬程、效率等)未知,相关资料也非常有限。
为了能够进一步提高该喷水推进器的性能,必须对裸泵进行研究,以获得其主要性能参数,这也是后续进行船加泵性能分析的基础。
随着CFD技术的快速发展和商用CFD软件的使用越来越普及。
CFD技术在喷水推进器中的应用已有很多相关文献报道[3-4]。
文中即利用fluent软件对该泵的性能进行研究。
喷水推进器内部的流动为不可压流动,满足不可压三维连续方程[5]动量方程为式中:Fi——叶轮施加的体积力;μ1——紊流动力粘性系数。
CFD在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用
f砭dA
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(5)
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J A.
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Fig.7
图7进流口不意图 Sketch of waterjet inlet flow
根据不同进流管道形状求取口、口需要考虑船底 边界层厚度对进流速度分布的影响,边界层厚度、进 流速度分布一般利用平板二维粘性边界层理论计 算.水流进流宽度w通常比进口宽度B大50~ 100%[7],进流横截面形状一般用半椭圆形描述.由 经验系数计算出喷水推进器内部的各项损失即可得 到推力与扬程,进而求得功率.理论方法求取推力和 扬程需要一定的假设与简化,且进流形状的数学表 达式不能适应低速到高速整个范围进流的实际情 况. 2.2.2 CFD方法
图6为该双级轴流式喷水推进泵第1级、2级导叶 把推力和推进泵所需扬程的表达式简化为[6]
出流面的速度分布.从图中可以看出,两级导叶的出T=艘(Ⅵ~口E),
(3)
万方数据
第5期
孙存楼,等:CFD在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用
·447·
H一}+h,一半.
(4)
zg
zg
式中:p为水的密度,Q为流量,Ⅵ为喷口速度,K为
Computational fluid dynamics for marine waterj et design
基于Flow-3D的汴西湖水沙数值模拟
基于Flow-3D的汴西湖水沙数值模拟王宇;秦净净;职保平【摘要】采用开封市汴西湖引水源——黑岗口水库的引流量数据,结合汴西湖地形条件,依据插值和拟合数学理论,利用Flow-3D软件进行建模并计算,综合分析引沙量与时间、流量的关系,得到总的引沙量及空间分布,最终预测汴西湖未来的水沙分布及趋势分析.【期刊名称】《黄河水利职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(030)003【总页数】4页(P19-22)【关键词】汴西湖;引沙量;水沙分布;数值模拟;Flow-3D【作者】王宇;秦净净;职保平【作者单位】黄河水利职业技术学院,河南开封 475004;黄河水利职业技术学院,河南开封 475004;黄河水利职业技术学院,河南开封 475004;小流域水利河南省高校工程技术研究中心, 河南开封 475004【正文语种】中文【中图分类】TV8510 引言开封市黑岗口引黄灌区调蓄水库也称汴西湖,位于开封西部新区,是开封新区重点建设的集蓄水、灌溉、防洪、旅游等多种功能于一体的城市生态景观区。
该工程自黑岗口水库引用黄河水,由西干渠倒虹吸地下输水通道直达汴西湖。
由于黑岗口水库对引用的黄河水进行了一次沉淀,使其含沙量明显下降,但整体含沙量仍较高。
因此,泥沙问题成为汴西湖运行管理的重要的工作内容,而如何推算出水沙变化的过程和规律,则是治河泥沙工程中急需解决的问题[1~3]。
对于此类研究,很多学者运用传统的物理模型实验方法进行了深入研究,分析了水库中水沙分布变化规律的特性[4~6]。
随着数值模拟方法的完善和研究工具的发展,应用计算机数值模拟软件来计算,可达到一定的精度要求。
据此,还能够较好的对该类问题进行研究[7~10]。
水沙分布规律数值模拟体系的建立主要涉及水流模块和泥沙模块,而如何推算出水库中水沙沉积和分布变化趋势,是泥沙研究中的重要问题[11]。
张红艺、杨程、冯淑萍通过对高含沙水库和河道的数值模拟得出了泥沙分布相关规律[12~14],王勤香等运用数值模拟方法研究了人工倒虹吸的水力特性[15],假冬冬等通过三维数学模型系统地分析了水沙条件变化对河型河势影响[16],王敏等、潘存鸿等通过数值模拟分析了河道及水库泥沙冲淤的分布[17~18]。
离心泵水力性能数值预测
离心泵水力性能数值预测陈松;朱荣生;黄义刚【摘要】采用标准κ-ε湍流模型和SIMPLEC 算法,将近年来快速发展的CFD技术应用在不同的工况下,并对离心泵内流场三维不可压湍流的流动进行数值模拟,揭示了泵内部湍流流场的分布规律,对于了解离心泵内部的流动情况、改善内部流动、提高离心泵的效率和改进离心泵的水力设计有一定的参考价值.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2008(000)008【总页数】3页(P203-205)【关键词】离心泵;内流场;水力性能;数值模拟【作者】陈松;朱荣生;黄义刚【作者单位】江苏大学,流体机械工程技术研究中心,江苏,镇江,212013;江苏大学,流体机械工程技术研究中心,江苏,镇江,212013;江苏大学,流体机械工程技术研究中心,江苏,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】S277.9+20 引言随着计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)和相应计算软件的发展,用数值模拟方法研究离心泵内过流部件流场,已成为改进和优化离心泵叶轮以及其它过流部件设计的重要手段。
水泵的全三维数值模拟已经成为可能,但一般仅局限于在叶轮流道内计算,同时将叶轮和蜗壳作为模拟对象并进行性能预测的还不多见。
离心泵内过流部件的几何形状具有较大的弯曲和扭曲,其内部流动是复杂的三维流动。
若只对过流各部件单独分析,没有考虑过流部件间的匹配关系,CFD分析结果必然与实际流动存在较大的差别,也无法了解离心泵内部流动的三维特性。
本文借助商用软件FLUENT,采用N- S 方程,配合标准κ-ε湍流模型,对水泵内流场进行了三维数值模拟。
通过对内流场的模拟,得出了一些离心水泵性内的流动规律,为离心泵的优化设计提供了基础信息,对离心泵的设计具有一定的参考价值。
1 控制方程及网格生成1.1 泵的主要参数确定本文以200LQWY-43.5 为研究对象,主要设计参数为:流量Q/m3·h-1:200扬程H/m:43.5转速n/r·min-1:1450工作介质为清水,并认为是牛顿流体且局部各向同性。
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第14卷 第4期2016年8月南水北调与水利科技S outh 2to 2North W ater Transfers and Water Science &Techn ology V ol.14N o.4A ug.2016收稿日期:2015212217 修回日期:2016202210 网络出版时间:网络出版地址:作者简介:陈 倩(19912),女,江苏扬州人,主要从事流体机械数值模拟方面研究。
E 2mail:chen153********@163.com 通讯作者:郑 源(19642),男,山东日照人,教授、博导,主要从事流体机械、水力机组性能优化、测试及诊断、可再生能源发电等方面研究。
E 2mail:z hengyuan@h DOI:10.13476/ki.nsbdqk.2016.04.026陈倩,郑源,章国芳,等.基于CFD 的离心式高效喷溅装置水力特性[J].南水北调与水利科技,2016,14(4):1582162.CH EN Qian,ZH EN G Yuan,ZH A NG G uo 2fang,et al.H ydraulic perfo rmance analy sis o f eff icient cent rifug al spray nozzle based on CFD[J].So uth 2to 2No rth Wat er T ransfer s and W ater Science &T echnolo 2gy ,2016,14(4):1582162.(in Chinese)基于CFD 的离心式高效喷溅装置水力特性陈 倩1,郑 源1,章国芳2,栗文灵1,王秋景1(1.河海大学能源与电气学院,南京211100;2.河海大学机电工程学院,江苏常州213022)摘要:为提高离心式高效喷溅装置的布水均匀性,采用欧拉(Eulerian)多相流模型和重整规划群(R NG )k 2E 湍流模型对离心式高效喷溅装置的水力特性进行了三维数值模拟,将其模拟的溅洒情况与试验情况进行了对比,验证了模型的正确性。
并用此方法研究了离心式喷溅装置在3种水头和4种转速下的水力特性,结果表明其在较广的水头和转速范围下均能实现均匀布水,且一定范围内提高水头和降低转速可以提高布水均匀性,提出离心式高效喷溅装置的建议工作转速为60~120r /min 。
关键词:冷却塔;喷溅装置;数值模拟;试验;水力性能;均匀布水中图分类号:T K 050 文献标志码:A 文章编号:167221683(2016)0420158205Hydraulic performance analysis of efficient centrifugal spray nozzle based on CFDCH EN Q ian 1,ZH ENG Yuan 1,ZH A NG Guo 2fang 2,LI Wen 2ling 1,WA N G Q iu 2jing 1(1.College of E ner gy and Electr ic Engineering ,H ohai Univ er sity ,N anj ing 211100,China;2.College of M echanical &Electr ical E ngineer ing ,H ohai Univer sity ,Chang z hou 213022,China)Abstract:In o rder to im pr ove the unifo rmity of water distr ibut ion o f eff icient centrifug al spray nozzle,the Eulerian model,o ne of multiphase flow ,and the R NG turbulence model wer e chosen in ther e 2dimensional numer ical simulatio n to investig ate t he hy 2draulic char acter istics of efficient centr ifugal spray no zzle.Co mpa rison of numer ical simulat ion results with ex perimental r esults verified the cor rectness of t he mo del.T he hydraulic char acter istics of efficient centrifug al spray no zzle w ere comparat ively ana 2lyzed under three head conditions and four speed conditio ns w ith t his numer ical simulation method.T he results show ed that it co uld achieve unifo rm water distr ibution in a w ide head range and a w ide speed r ang e.T he unifo rmity of water distr ibution of ef 2ficient centrifug al spray nozzle could be improv ed by raising the head and reducing the speed in a certain rang e.A cco rdingly,the recommended wo rking speed r ang e of the efficient centr ifugal spr ay nozzle was 60~120r/min.Key words:co oling to wer;spr ay nozzle;numerical simulatio n;ex per iment;hydraulic character istics;unifor m water distributio n自然通风逆流湿式冷却塔广泛用作火电、核电的冷端设备,其换热效率影响着整个电站的效益[1]。
50MW 的机组,出塔水温升高1e ,煤耗率增加1152g/(kW #h)[2]。
喷溅装置是安装在冷却塔内,喷淋溅散水滴的,对其进行水力分析及结构优化可有效改善布水均匀性,提高冷却塔换热效率[3]。
华能巢湖电厂1号机组冷却塔进行喷溅装置改造后,出塔水温降低了1151e ,每年减少标煤消耗3750t 以上[4]。
针对使用较广的旋转型喷溅装置[527],韩永春[8]提出了多层旋转喷溅装置,刘剑卿[9]提出了离2016-06-21 09:11:42/kcms/detail/.20160621.0911.014.html心式高效喷溅装置,本质上都是为使布水更均匀而进行的结构上的改进。
目前,研究喷溅装置水力性能多采用实验方法[10213],但该方法需要实体的喷溅装置,周期长,经费高。
近年来,随着CFD技术的发展,许多水力机械问题都采用CFD进行研究,并得到了较好的效果[14217],亦有采用CFD研究冷却塔内布水特性对整塔效率的影响[1,18],但用其对冷却塔内具体结构进行研究的较少。
鉴此,本文采用CFD 软件Fluent对离心式高效喷溅装置进行了数值模拟,分别对其在3种水头,4种转速下的水力特性进行了研究,分析其布水性能。
1离心式高效喷溅装置离心式高效喷溅装置见图1,其具有连接管、支撑架和溅水碟等结构,连接管上设有套管,支撑架上连有转轮,转轮有40个叶片。
离心式高效喷溅装置配有一系列不同口径的套管,以满足不同工况下的流量要求。
图1GX型离心式喷溅装置Fig.1GX centrifugal spray n oz zle2计算模型2.1模型的建立与边界条件按1B1的实际尺寸建立离心式高效喷溅装置模型,为避免边界条件对计算结果的影响,建立如图2所示圆柱形计算区域,圆柱底面半径5m,高度为3m。
考虑速度进口收敛性好,套管进口处设为速度进口边界条件,速度大小与水头匹配;计算区域进、出口分别设为压强进、出口边界条件,取各处环境值;并通过设置体积率来界定各边界面上所流过的流体种类;对于旋转区域转轮部分采用多重参考系(M RF)处理,其中转速与水管压力的对应关系由模型试验测得;其余管壁、计算域边界等采用无滑移固体墙壁边界条件;速度分布采用标准壁面函数处理。
图2计算模型Fig.2Calculation m odel2.2多相流模型和控制方程为了跟踪不同时刻水流的运动轨迹和分布情况,选取非稳态求解器进行求解,时间步长01002s。
将空气相设为主相,液态水相设为第二相。
考虑到液态水相在喷溅装置工作过程中破碎成液滴体积分数大于10%,采用欧拉(Eulerian)模型。
该模型把气体和水滴看成两种流体,在空间的各节点上都有这两种流体各自不同的速度和密度,这些流体存在于同一空间中,并且发生相互渗透,但各自有着不同的体积分数,两相体积分数和为1。
考虑到喷溅装置在开敞式的空间工作,不考虑空气和水流的压缩性;考虑到在冷却塔中喷淋区的水流温降只有整体温降的4%左右[19],而冷却塔里的温降95%~97%左右来自于蒸发[7],可得循环水在喷淋区的蒸发量为整体蒸发量的4%左右,可认为蒸发对喷溅装置的水力特性影响很小,本文主要研究喷溅装置的水力特性,所以不考虑蒸发等能量影响;欧拉模型的连续性方程和动量方程[20]为9(a q Q q)9t+$#(a q Q q u q)=0(1)9(a q Q q u q)+$#(a q Q q u q u q)=-a q$P+$#T+a q Q q g+K pq(u p-u q)(2)式中:a q为q相流体的体积分数;Q q为q相流体的物理密度;u q为q相流体的速度矢量;P为多相流体共享的压强;T为q相应力应变张量;g为重力加速度矢量;K pq为相间动量交换系数,其中计算阻力系数采用的是Schiller2Naum ann。
2.3网格划分与求解算法考虑到离心式高效喷溅装置结构复杂,尤其是转轮叶片等结构细密,选用了适应性较强的四面体非结构化网格,并在转轮叶片处进行了网格加密。
选用了网格单元为283万、348万、428万三种网格划分方案分别在116m水头下模拟计算,喷溅半径陈倩等#基于CFD的离心式高效喷溅装置水力特性分别为216m,218m和2185m,结果表明网格达到348万时,网格再增加对结果影响很小,考虑到网格越多,计算成本越大,因此采用348万网格单元。