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不同比转速离心泵固液两相流泥沙磨损特性研究
1
作者 张自超 赵三亚 《水电能源科学》 北大核心 2024年第12期133-138,共6页
黄河沿岸引黄泵站多选用离心泵进行农业灌溉,但黄河水含沙量大造成的过流部件磨损问题严重威胁泵站的正常运行。比转速是影响叶片形状与转轮参数的重要因素,针对不同比转速离心泵叶轮的不同,采用固液两相流数值计算方法,研究5种不同比... 黄河沿岸引黄泵站多选用离心泵进行农业灌溉,但黄河水含沙量大造成的过流部件磨损问题严重威胁泵站的正常运行。比转速是影响叶片形状与转轮参数的重要因素,针对不同比转速离心泵叶轮的不同,采用固液两相流数值计算方法,研究5种不同比转速离心泵磨损特性。结果表明,不同比转速离心泵叶片磨损分布较高的区域主要集中在叶片进出口处。随着比转速的增大,叶片中心块状磨损区域消失,叶片上的磨损逐渐降低;流量、扬程、转速对叶片磨损的影响依次减小。固相体积分数在叶片头部较高,并随着比转速的增大在头部出现带状高固相体积分布区域,叶片上固相体积分布与磨损分布相似度不高,对叶片的磨损影响较小;固相速度在各工况下变化趋势相似,随着比转速的增加,叶片中心固相速度由高于首尾变为低于首尾,正是叶片中心块状磨损区域消失的主要原因,叶片上固相速度分布与叶片磨损分布几乎一致,对叶片磨损性能的影响最为明显。研究结果可为引黄泵站的离心泵水力设计及性能优化提供参考。 展开更多
关键词 比转速 离心泵 固液两相流 泥沙磨损
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基于反问题设计的离心泵叶轮泥沙磨损特性优化研究 被引量：3
2
作者 张自超 李君 +2 位作者 关婷月 李延频 张兰金 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期1452-1463,共12页
离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法,但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响... 离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法,但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响尚不清楚。针对叶片载荷加载方式对离心泵叶轮泥沙磨损特性影响的问题,采用固液两相流数值计算的方法,研究了前盖板前加载后盖板后加载、前后盖板均偏中加载以及前后盖板均偏后加载3种不同叶片载荷加载方式对离心泵水力性能、叶轮磨损特性和固液两相流流场特性的影响。结果表明:相比于其它方案,前后盖板均偏中加载方案得到的离心泵具有较优的水力性能。在各工况下,相比于原叶轮,前后盖板均偏中加载方案的叶片最大磨损率减小25%~73%,小流量工况下可减小73%,大流量工况下可减小25%,明显提高了叶片的磨损性能。相比于原叶轮,3种优化方案在前盖板背面流线上的压力分布更均匀光顺;在小流量工况下,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小,各种方案得到的叶片表面的速度分布基本相同;在额定流量工况下,原叶轮的叶片表面体积分数较小,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固相速度大的区域相对较小,固相速度也有所减小。因此,前后盖板均偏中加载方案具有较优的水力性能和磨损特性,可为离心泵叶轮磨损特性的优化提供参考。 展开更多
关键词 反问题设计 离心泵 固液两相流 泥沙磨损 优化设计
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双吸离心泵叶轮内泥沙磨损非定常特性研究 被引量：8
3
作者 张自超 李延频 陈德新 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期140-148,191,共10页
双吸离心泵广泛应用于黄河沿岸的泵站中,其主要部件叶轮普遍存在磨损问题。叶轮是高速旋转的部件,存在动静干涉作用,导致叶轮内的磨损特性是非定常的。采用欧拉欧拉方法对双吸离心泵进行固液两相流非定常计算,分析了不同工况下,叶轮壁... 双吸离心泵广泛应用于黄河沿岸的泵站中,其主要部件叶轮普遍存在磨损问题。叶轮是高速旋转的部件,存在动静干涉作用,导致叶轮内的磨损特性是非定常的。采用欧拉欧拉方法对双吸离心泵进行固液两相流非定常计算,分析了不同工况下,叶轮壁面上的磨损率、冲击角、固相体积分数和速度的非定常特性。结果表明,叶轮表面磨损率、冲击角、固相体积分数和速度均具有周期性,等于叶轮旋转周期;定常计算的磨损率远小于非定常结果,定常计算不能准确预测磨损率。磨损最大部位为叶片头部和尾部。冲击角对磨损损失具有增强或减弱的作用,冲击角脉动曲线与磨损率脉动曲线相似。固相体积分数对磨损脉动特性影响较小,对磨损率有所影响。固相速度对磨损率影响显著。 展开更多
关键词 双吸离心泵 叶轮 泥沙磨损 非定常 数值模拟
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水泵水轮机压力脉动传播特性试验研究 被引量：6
4
作者 张自超 李延频 陈德新 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期171-178,共8页
压力脉动是影响水泵水轮机运行稳定性的主要因素。现有研究更多关注高频压力脉动的频域和传播特性,而小于叶频的低频也是压力脉动的主要来源。采用试验方法研究压力脉动可以得到更准确的结果,不易遗漏主要频率成分。通过从蜗壳到尾水管... 压力脉动是影响水泵水轮机运行稳定性的主要因素。现有研究更多关注高频压力脉动的频域和传播特性,而小于叶频的低频也是压力脉动的主要来源。采用试验方法研究压力脉动可以得到更准确的结果,不易遗漏主要频率成分。通过从蜗壳到尾水管布置不同的压力脉动监测点,采用试验方法研究了水泵水轮机分别在水轮机和水泵工况时,过流部件内压力脉动高频成分和低频成分的上下游传播特性。结果表明,水轮机和水泵工况下,无叶区压力脉动幅值最大,主频为叶频及其倍频,向上下游传播时,急剧减少,传播性较弱;压力脉动幅值较小的转频,向上下游传播时衰减较少,具有较强的传播性;其它监测点处小于叶频的频率成分增加。水轮机工况时,形成于蜗壳进口和锥管处小于转频的低频频率,具有较强的传播性,而转轮可以削减其传播能力。水泵工况时,小于叶频的频率成分大多在无叶区最大,向上下游传播时有所衰减;低频f/f_(n)=0.006具有较强的上下游传播特性,偏离最优工况时,向上游传播会有所增强;转频的倍频f/f_(n)=3的压力脉动幅值较小,但在整个流道中无衰减。 展开更多
关键词 水泵水轮机 压力脉动 传播特性 试验
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双流体湍流模型对固液两相流计算的影响 被引量：5
5
作者 张自超 李延频 陈德新 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期376-383,共8页
为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影... 为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;k_(m)-ε_(m)模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165μm时,k_(l)-ε_(l)-A_(s)模型更优,当颗粒粒径小于165μm时,k_(m)-ε_(m)模型更优. 展开更多
关键词 圆管 固液两相流 双流体 湍流模型 数值模拟
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三种泥沙扩散系数模型对双吸离心泵内固液两相流流场计算的影响 被引量：2
6
作者 张自超 李延频 +1 位作者 张兰金 陈德新 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期77-88,共12页
作为模拟双吸离心泵内固液两相流的一种常用方法,欧拉-欧拉法中的泥沙扩散系数常通过多种模型进行计算。为选择适宜的泥沙扩散系数模型进而提高固液两相流数值计算的精度,该研究采用3种常见泥沙扩散系数模型Non-diffusion coefficient m... 作为模拟双吸离心泵内固液两相流的一种常用方法,欧拉-欧拉法中的泥沙扩散系数常通过多种模型进行计算。为选择适宜的泥沙扩散系数模型进而提高固液两相流数值计算的精度,该研究采用3种常见泥沙扩散系数模型Non-diffusion coefficient model(NON-DC);Diffusion-in-volume of fluid model(Diffusion-in-VOF);Diffusion coefficient affected by particle diameter and particle concentration model(DC-PDPC),在25、100和200μm 3种含沙粒径和不同流量(0.6和1.0倍额定流量)条件下,对双吸离心泵内固液两相流场进行数值模拟,分析其对泵内固相浓度和固相速度的定常和非定常结果的影响。结果表明:1)当颗粒粒径不大于100μm时,3种模型计算得到的双吸离心泵内固液两相流的固相浓度和速度定常结果基本相同;当颗粒粒径大于100μm时,定常结果有所差异,随着颗粒粒径的增大,差异逐渐增大,差别最大可达60%。2)在不同颗粒粒径的条件下,采用3种模型得到的固液两相流场的固相浓度和速度非定常结果差异较大,且随着颗粒粒径的增大,差异逐渐增大,差别最大可达30%。含沙颗粒粒径不大于100μm时,3种模型得到的定常结果基本相同;而大于100μm时,定常结果差异较大;同样地,在不同含沙粒径条件下的非定常计算结果也差异较大,需要选择合适的泥沙扩散系数模型。3)定常计算时,当颗粒粒径不大于100μm时,推荐NON-DC模型;随着颗粒粒径的增大,推荐使用DC-PDPC模型;当非定常计算时,推荐使用DC-PDPC模型。研究为准确地进行离心泵内固液两相流数值计算提供参考。 展开更多
关键词 泥沙 数值分析 模型 双吸离心泵 扩散系数模型 定常 非定常
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