入口含气率对深海多相混输泵性能影响研究
发布时间：2020-12-18 23:35
该文以标准状态下的水（连续相）和空气（离散相）作为流动介质,基于Eulerian-Eulerian非均相流模型,在不同进口含气率工况下对离心式深海多相混输泵内部流动特性进行数值模拟计算,研究离心式深海多相流混输泵的内部流动特性。通过获得叶轮和扩压器内部相态分布情况以及液相速度流线图,探索气液两相流在混输泵内部的流动规律。结果显示:气液两相工况下,混输泵从首级到末级的增压能力变化趋势相同,不同含气率下,末级混输泵的增压能力变化更大,含气率越高对增压能力影响越大;在低含气率下整个流道内的气相分布很均匀,气相更多聚集在叶片吸力面及出口边附近且有沿着叶片吸力面向叶轮出口运动的趋势,当进口含气率大于10%后,叶轮流道内叶片吸力面处出现较为明显的相态分离现象;不同含气率下叶轮和扩压器内压力脉动幅值变化趋势相似,幅值随着含气率的增加不断上升,通过实验结果验证了数值计算所采用的计算模型和方法是可靠的。
【文章来源】：水动力学研究与进展(A辑). 2020年02期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(网上彩图)叶轮内压力脉动主频幅值Fig.11(Coloronline)AmplitudesofpressurefluctuationsonIMS1-IMS5
李晨昊，等：入口含气率对深海多相混输泵性能影响研究251的延长，并使得扩压器和泵出口交界面更好地衔接。造型中各主要过流部件在同一个坐标系下分别绘制，保证计算域各交界面处衔接良好。计算域三维建模如图1所示，由泵入口管道，各级叶轮，连接空腔段，各级扩压器和泵出口管道组成。图1(网上彩图)三级混输泵三维几何模型Fig.1(Coloronline)Threedimensionalgeometrymodalofthethree-stagemultiphasepump2.2网格生成网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。网格的质量对CFD计算精度和收敛性有着重要的影响。本文采用ANSYSICEM18.0主要过流部件进行六面体结构化网格划分，可以灵活地调整各个节点密度和边界层厚度[27]。为确保数值模拟的精度和更好的收敛性，对各主要过流部件边界层处和扭曲度过大的部位进行了网格加密，如图2所示。网格数对混输泵性能模拟计算的影响，如图3所示。根据气液两相流工况下，网格无关性检查结果可知，当叶轮和扩压器总网格数大于88万时，混输泵叶片表面的平均y+值小于10，而且扬程曲线随网格数的增加变化很小，扬程偏差值小于1%。综合考虑网格数和计算时间，故选取总网格数6404550作为计算网格。多相混输泵的压力数据采集点的设置位置如图4所示。在叶轮叶片压力面侧设置5个压力监控点(IMS1-IMS5)，同时在扩压器导叶压力面侧设置5个压力监控点(DPS1-DPS5)。2.3湍流模型验证湍流模型的选择是CFD模拟中的一项非常重要的任务，也是计算量和数值精度的匹配关键。图5为气液两相流条件下，5%含气率工况时不同湍流模型对多相混输泵计算扬程的影响及与设计值和实验值?
李晨昊，等：入口含气率对深海多相混输泵性能影响研究251的延长，并使得扩压器和泵出口交界面更好地衔接。造型中各主要过流部件在同一个坐标系下分别绘制，保证计算域各交界面处衔接良好。计算域三维建模如图1所示，由泵入口管道，各级叶轮，连接空腔段，各级扩压器和泵出口管道组成。图1(网上彩图)三级混输泵三维几何模型Fig.1(Coloronline)Threedimensionalgeometrymodalofthethree-stagemultiphasepump2.2网格生成网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。网格的质量对CFD计算精度和收敛性有着重要的影响。本文采用ANSYSICEM18.0主要过流部件进行六面体结构化网格划分，可以灵活地调整各个节点密度和边界层厚度[27]。为确保数值模拟的精度和更好的收敛性，对各主要过流部件边界层处和扭曲度过大的部位进行了网格加密，如图2所示。网格数对混输泵性能模拟计算的影响，如图3所示。根据气液两相流工况下，网格无关性检查结果可知，当叶轮和扩压器总网格数大于88万时，混输泵叶片表面的平均y+值小于10，而且扬程曲线随网格数的增加变化很小，扬程偏差值小于1%。综合考虑网格数和计算时间，故选取总网格数6404550作为计算网格。多相混输泵的压力数据采集点的设置位置如图4所示。在叶轮叶片压力面侧设置5个压力监控点(IMS1-IMS5)，同时在扩压器导叶压力面侧设置5个压力监控点(DPS1-DPS5)。2.3湍流模型验证湍流模型的选择是CFD模拟中的一项非常重要的任务，也是计算量和数值精度的匹配关键。图5为气液两相流条件下，5%含气率工况时不同湍流模型对多相混输泵计算扬程的影响及与设计值和实验值?
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶片式气液混输泵全流道内流场特性分析[J]. 张文武,余志毅,李泳江,程学良. 机械工程学报. 2019(10)
[2]多相混输泵的创新应用[J]. 李福星. 内燃机与配件. 2019(05)
[3]轴流式混输泵叶片载荷分布特性研究[J]. 史广泰,罗琨,王志文,刘洋. 水电能源科学. 2018(04)
[4]基于非均相流模型的离心泵气液两相流动数值研究[J]. 袁建平,张克玉,司乔瑞,周帮伦,唐苑峰,金中坤. 农业机械学报. 2017(01)
[5]含气率对AP1000核主泵影响的非定常分析[J]. 付强,习毅,朱荣生,袁寿其,王秀礼. 振动与冲击. 2015(06)
[6]三级螺旋轴流式混输泵可压缩流场数值模拟[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,杨珂,强睿. 农业机械学报. 2014(09)
[7]离心泵气液两相流数值分析[J]. 潘兵辉,王万荣,江伟. 石油化工应用. 2011(12)
[8]基于结构化网格的低比转数离心泵性能数值模拟[J]. 周水清,孔繁余,王志强,易春龙,张勇. 农业机械学报. 2011(07)
本文编号：2924806
【文章来源】：水动力学研究与进展(A辑). 2020年02期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(网上彩图)叶轮内压力脉动主频幅值Fig.11(Coloronline)AmplitudesofpressurefluctuationsonIMS1-IMS5
李晨昊，等：入口含气率对深海多相混输泵性能影响研究251的延长，并使得扩压器和泵出口交界面更好地衔接。造型中各主要过流部件在同一个坐标系下分别绘制，保证计算域各交界面处衔接良好。计算域三维建模如图1所示，由泵入口管道，各级叶轮，连接空腔段，各级扩压器和泵出口管道组成。图1(网上彩图)三级混输泵三维几何模型Fig.1(Coloronline)Threedimensionalgeometrymodalofthethree-stagemultiphasepump2.2网格生成网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。网格的质量对CFD计算精度和收敛性有着重要的影响。本文采用ANSYSICEM18.0主要过流部件进行六面体结构化网格划分，可以灵活地调整各个节点密度和边界层厚度[27]。为确保数值模拟的精度和更好的收敛性，对各主要过流部件边界层处和扭曲度过大的部位进行了网格加密，如图2所示。网格数对混输泵性能模拟计算的影响，如图3所示。根据气液两相流工况下，网格无关性检查结果可知，当叶轮和扩压器总网格数大于88万时，混输泵叶片表面的平均y+值小于10，而且扬程曲线随网格数的增加变化很小，扬程偏差值小于1%。综合考虑网格数和计算时间，故选取总网格数6404550作为计算网格。多相混输泵的压力数据采集点的设置位置如图4所示。在叶轮叶片压力面侧设置5个压力监控点(IMS1-IMS5)，同时在扩压器导叶压力面侧设置5个压力监控点(DPS1-DPS5)。2.3湍流模型验证湍流模型的选择是CFD模拟中的一项非常重要的任务，也是计算量和数值精度的匹配关键。图5为气液两相流条件下，5%含气率工况时不同湍流模型对多相混输泵计算扬程的影响及与设计值和实验值?
李晨昊，等：入口含气率对深海多相混输泵性能影响研究251的延长，并使得扩压器和泵出口交界面更好地衔接。造型中各主要过流部件在同一个坐标系下分别绘制，保证计算域各交界面处衔接良好。计算域三维建模如图1所示，由泵入口管道，各级叶轮，连接空腔段，各级扩压器和泵出口管道组成。图1(网上彩图)三级混输泵三维几何模型Fig.1(Coloronline)Threedimensionalgeometrymodalofthethree-stagemultiphasepump2.2网格生成网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。网格的质量对CFD计算精度和收敛性有着重要的影响。本文采用ANSYSICEM18.0主要过流部件进行六面体结构化网格划分，可以灵活地调整各个节点密度和边界层厚度[27]。为确保数值模拟的精度和更好的收敛性，对各主要过流部件边界层处和扭曲度过大的部位进行了网格加密，如图2所示。网格数对混输泵性能模拟计算的影响，如图3所示。根据气液两相流工况下，网格无关性检查结果可知，当叶轮和扩压器总网格数大于88万时，混输泵叶片表面的平均y+值小于10，而且扬程曲线随网格数的增加变化很小，扬程偏差值小于1%。综合考虑网格数和计算时间，故选取总网格数6404550作为计算网格。多相混输泵的压力数据采集点的设置位置如图4所示。在叶轮叶片压力面侧设置5个压力监控点(IMS1-IMS5)，同时在扩压器导叶压力面侧设置5个压力监控点(DPS1-DPS5)。2.3湍流模型验证湍流模型的选择是CFD模拟中的一项非常重要的任务，也是计算量和数值精度的匹配关键。图5为气液两相流条件下，5%含气率工况时不同湍流模型对多相混输泵计算扬程的影响及与设计值和实验值?
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶片式气液混输泵全流道内流场特性分析[J]. 张文武,余志毅,李泳江,程学良. 机械工程学报. 2019(10)
[2]多相混输泵的创新应用[J]. 李福星. 内燃机与配件. 2019(05)
[3]轴流式混输泵叶片载荷分布特性研究[J]. 史广泰,罗琨,王志文,刘洋. 水电能源科学. 2018(04)
[4]基于非均相流模型的离心泵气液两相流动数值研究[J]. 袁建平,张克玉,司乔瑞,周帮伦,唐苑峰,金中坤. 农业机械学报. 2017(01)
[5]含气率对AP1000核主泵影响的非定常分析[J]. 付强,习毅,朱荣生,袁寿其,王秀礼. 振动与冲击. 2015(06)
[6]三级螺旋轴流式混输泵可压缩流场数值模拟[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,杨珂,强睿. 农业机械学报. 2014(09)
[7]离心泵气液两相流数值分析[J]. 潘兵辉,王万荣,江伟. 石油化工应用. 2011(12)
[8]基于结构化网格的低比转数离心泵性能数值模拟[J]. 周水清,孔繁余,王志强,易春龙,张勇. 农业机械学报. 2011(07)
本文编号：2924806
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