轴流泵水力模型设计参数选择的研究

基于CFD的潜水轴流泵几何参数优化设计基于CFD的潜水轴流泵几何参数优化设计潜水轴流泵是一种广泛应用于水处理、农田灌溉等领域的关键设备，其性能直接影响着系统的效率和可靠性。

为了提高潜水轴流泵的效率和可靠性，几何参数的优化设计成为研究的重点。

本文基于CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）的方法，针对潜水轴流泵的几何参数进行优化设计，通过数值模拟得到不同参数下的流场分布和叶轮各部位的流速等特性，为进一步优化设计提供理论依据。

首先，本文介绍了潜水轴流泵的基本结构和工作原理。

潜水轴流泵主要由泵体、电机、轴承和叶轮等部分组成，其工作原理是利用叶轮的旋转产生的离心力将液体流出。

在介绍了工作原理后，本文详细阐述了不同几何参数对潜水轴流泵性能的影响。

几何参数包括叶轮外径、叶片数、叶片进角、叶片弯曲形状等，这些参数的不同选择将导致流场分布、压力损失和效率等方面的变化。

随后，本文通过CFD软件建立了潜水轴流泵的数值模拟模型，并设置不同几何参数的初始值。

通过对模型中流体的数值计算，可以得到流场分布、压力分布和速度分布等结果。

在模拟的过程中，本文采用了标准的湍流模型和边界条件，以保证结果的准确性和可靠性。

在获得了各种几何参数的模拟结果后，本文对不同参数组合下的轴流泵性能进行了评估和比较。

通过分析流场分布和叶轮各部位的流速分布，可以确定不同参数组合下的效率和可靠性。

在此基础上，本文针对性地进行了参数优化设计。

通过多次模拟和分析，最终得到了一组在流场分布、压力分布和效率等方面优良的几何参数组合。

最后，本文对优化设计后的潜水轴流泵进行了验证。

利用实验方法对优化设计后的样品进行了性能测试，并与模拟结果进行了对比。

实验结果表明，优化设计后的潜水轴流泵在流量、扬程和效率等方面都取得了显著的改善，验证了优化设计的有效性和可行性。

总之，本文基于CFD的方法对潜水轴流泵的几何参数进行了优化设计，通过数值模拟和实验验证，得到了一组在流场分布、压力分布和效率等方面优良的几何参数组合。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
井筒式潜水轴流泵出水管道水力特性数值模拟研究
为了解井筒式潜水轴流泵出水管道内部水流运动特点，提升井筒式潜
水轴流泵的装置效率，利用FLUENT 软件，采用标准κ-ε方程湍流模型和压力修正S
上海市大中型潜水泵站中86.7%的主水泵为轴流泵，且以立式半调节为主，同时大中型潜水轴流泵站中出水管多为井筒式出水管，其内部流态对泵站
装置性能影响较大。

然而，上海市大部分大中型井筒式潜水泵站建于20 世纪80 年代，限于当时的技术水平，水泵设计运行流量存在偏差，这严重影响了水泵
的安全、高效运行。

因此，对上海市大中型井筒式潜水泵站出水管道内部流场
进行分析显得尤为重要。

近年来，CFD 技术已成为内部流场分析的重要手段之一，该技术通过计算机数值模拟计算，深化了人们对出水管内部流场规律的认识。

鉴此，本文以上海市污水处理厂井筒式潜水泵站为例，采用FLUENT 软
件和标准κ-ε方程湍流模型对井筒式潜水轴流泵站出水管道进行了数值模拟分析，总结出井筒式潜水泵站出水管道水力特性受水泵抽水流量(进水口流量)变化的影响规律，以期为上海市正在进行的潜水泵站更新改造提供技术指导。

1、计算模型的建立 1.1、控制方程
潜水轴流泵从启动到稳定运行时整个出水管道内部近似为三维定常不可
压湍流流动。

由Boussrnesq 涡粘性假设，得出绝对坐标系下不可压牛顿流体的连续性方程和动量守恒方程分别为：
2.4、排气分析。

根据模型泵段或模型泵装置特性进行低扬程泵的选型关醒凡（江苏大学）董志豪（上海凯泉泵业集团有限公司）商明华（上海江天水泵技术研究所）摘要：低扬程水泵的泵段特性和带进出水流道的泵装置特性之间有较大差别。

按管道阻力曲线和泵段特性曲线的交点确定泵工况点，往往得出错误的结果。

本文分析泵段特性和泵装置特性差别的一般规律，提出根据模型泵段特性选型和根据模型泵装置特性选型两种方法。

泵选型的关键在于确定转速n，计算直径D和nD值，取较小的nD值，用高扬程模型在低扬程下使用是值得推荐的选型方法。

介绍了选型软件的特点、用法。

1、轴流泵的有效运行范围受诸多方面限制轴流泵有效运行范围的限制条件有：（1）小流量区存在马鞍形不稳定段，泵应避开在此区段运行。

（2）高效区较窄，偏离最高效率点，效率下降较快。

（3）偏离最高效率工况，因流入叶片冲角增大，会发生汽蚀，造成性能下降和过流部件破坏。

（4）随流量减小，轴功率迅速增加。

（5）在小流量侧运行，偏离最高效率点不远时，就会出现明显的噪声，在到达马鞍形右侧最高扬程时，噪声和振动已非常明显，泵必须离开此处一段距离运行。

为进一步说明，把轴流泵扬程流量曲线按关死点（A）、马鞍形底部（B）、可运行点（C）、最高效率点（D）、零扬程点（E）分段，如图1所示。

综合模型试验结果在表1中列出了各特征点的数值。

表1轴流泵运转特性ns 500 700 1000 1200 1300H C／H D 1.3 1.35 1.42 1.4 1.45Q C／Q D0.75 0.75 0.75 0.75 0.72H A／H D 2 1.8 1.70 1.7 1.6Q E／Q D 1.3 1.3 1.23 1.25 1.22 Q B／Q D0.5 0.55 0.55 0.55 0.55H B／H D 1.25 1.28 1.29 1.27 1.30图1轴流泵运行特性分析可运行的最高扬程Hc是个关键参数。

对虹吸出口泵站而言，水流通过虹吸管最高点所需的扬程应小于此扬程；对于水位变化较大的泵站，水位变化时所需的最高扬程也应小于此扬程。

泵水力模型
以关醒凡教授为首的水力模型试验研究小组，从2000年起坚持试验8年多，研制成功系列轴流泵模型、贯流泵模型，双向泵模型、系列可调节叶轮导叶式斜流泵模型。

系列轴流泵模型（含双向泵模型）参加水力部南水北调工程天津试验台同台试验，性能指标排在前列。

贯流泵模型经河海大学试验台复试，装置效率达到79%。

斜流泵模型（JHM-450），在天津试验台进行装置试验（引嫩入白工程五家子泵站），最优装置效率达83.4%。

这些模型已与上海KSB、日立泵制造（无锡）、高邮水泵厂、长沙水泵厂、合肥三益等合作，用于南水北调工程万年闸站、台儿庄站、刘山站、江都四站；南水北调支线大套站、通榆河北延送水工程、灌南河北泵站、后善河南泵站。

双向泵用于广东黄麻涌、北窖、五沙三村泵站。

斜流泵用于上海陈行泵站、广西安平泵站、引嫩入白工程五家子泵站等。

本模型也在中部四省泵站改造工程中得到应用。

一、贯流泵装置模型性能参数
1、JGZM-3贯流泵
2、JGZM-4贯流泵
水泵模型装置性能参数表（江大台，D=300mm, n=1450r/min）
二、江苏大学系列轴流泵模参数表（8个泵段模型）
三、导叶式混流泵模型试验资料（泵段）。

喷水推进轴流泵水力设计及性能仿真的开题报告1.研究目的本研究旨在探索喷水推进轴流泵的水力设计及性能仿真，通过对喷水推进轴流泵的构造、特点以及工作原理的分析，设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，并通过数值模拟的方法，对其性能进行仿真测试，为实际生产应用提供参考。

2.研究内容2.1 喷水推进轴流泵构造与特点分析对现有喷水推进轴流泵的构造和特点进行分析，掌握喷水推进轴流泵的基本结构和工作原理，为进一步设计和优化喷水推进轴流泵提供依据。

2.2 喷水推进轴流泵水力设计根据已有的理论知识和实验数据，进行喷水推进轴流泵水力设计，确定合适的轴流泵叶片型号、叶片角度、流道截面形状等参数，保证喷水推进轴流泵的性能指标达到预期要求。

2.3 数值模拟与性能仿真将设计好的喷水推进轴流泵模型导入数值模拟软件，建立数值仿真模型，对喷水推进轴流泵的流体力学性能、能效等方面进行仿真测试，并结合实际测试数据进行比对，评估喷水推进轴流泵的性能优劣。

3.预期成果本研究将设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，并对其进行有效的数值模拟和性能仿真测试，评估喷水推进轴流泵的性能指标，并提出优化方案。

预期成果包括：3.1 喷水推进轴流泵设计方案设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，提出相应的设计方案。

3.2 数值模拟与性能仿真报告通过数值模拟和性能仿真，评估喷水推进轴流泵的各项性能指标，包括流量、扬程、效率等，并提出优化建议。

3.3 学术论文撰写一篇学术论文，介绍喷水推进轴流泵的水力设计及性能仿真的研究过程和结果，并对喷水推进轴流泵的发展趋势进行分析和探讨。

4.可行性分析本研究的可行性如下：4.1 研究工具和设备本研究所需的研究工具和设备为：计算机、数值模拟软件、流量计、压力计等实验设备。

4.2 研究方法和流程本研究采用实验和仿真相结合的方法，首先进行喷水推进轴流泵的构造和特点分析，然后根据已有的理论知识和实验数据进行水力设计，最后将设计好的喷水推进轴流泵模型导入数值模拟软件，建立数值仿真模型，对喷水推进轴流泵的流体力学性能、能效等方面进行仿真测试，并结合实际测试数据进行比对，评估喷水推进轴流泵的性能优劣。

1 轴流泵叶轮水力模型设计参数叶轮直径D=300mm ； 转速n=1450r/min ；流量Q=380L/s ； 扬程H=6.0m ； 空化余量NPSHre<7.0m2 叶轮设计流程第一、确定转速n 和比转速n s 第二、估算泵的效率第三、确定叶轮主要结构参数（1）确定叶轮的轮毂比h d ；（2）叶片数Z ；（3）外径D 。

第四、叶片的设计（流线法、升力法、……） 第五、叶片的绘型3 叶轮基本参数的选择3.1 比转速的确定已知转速n 后，就可根据公式计算出比转速来。

轴流泵的比转速ns 一般为500-1200，但根据需要，可以超出此范围，有些资料介绍ns 的范围为400-2000.851≈851.02=65.343HQn n s =3.2 叶轮外径D 和轮毂直径d h 的确定叶轮直径D 和轮毂直径d h 应根据轴面速度Vm 的大小来确定。

轴面速度Vm 的可按下面式计算：式中 Q——设计流量n——转速Vm——液体进入转轮以前的轴面速度轮毂比D d h 与比转速s n 有关，其值根据表1或图 1选取:表1 轮毂比D d h 与比转速s n 的关系sm Q n m V /495.6380.0145007.0307.0322=⨯⨯==图 1 轮毂比D hd 与比转速sn 的关系曲线从图及表中可看出，轮毂比D d h 随比转速s n 的减小而增大，这是因为：为了减小叶片在液流中的迎面阻力，必须使叶片后面不产生漩涡层，必须要使每一计算截面上围绕翼型流动的速度环量Γ1相等。

所以根据以上叙述，选择轮毂比为3.3 叶片数Z 的选择轴流泵叶轮的叶片数Z 与比转速s n 有关，其统计数据列于表2表2 叶片数Z 与比转速s n 的关系根据上表选择叶片数Z=44 叶片各截面的叶栅计算（流线法）如果用半径为r 和（r+dr ）的两个同心圆柱面去切割轴流泵的叶轮，则得到一个包括翼型在内的液体圆环，如图2所示，如将这个圆环剖开并展开于平面上，则得到一个无限直列叶栅，如图3所示。

轴流泵变转速性能试验及内部流场数值计算*沙毅宋德玉段福斌喻彩丽曹淼龙（浙江科技学院机械与汽车工程学院，杭州310023）[摘要]：研制比转速550、转速2900 r/min型QY90-4.4-1.5潜水轴流泵试验样机。

通过型式及变转速外特性试验，得出轴流泵Q—H、Q—P和Q—η性能曲线变化规律；验证Q—H、Q—P曲线及各转速最优工况之间换算均不满足相似定律，泵综合特性曲线等效曲线与相似抛物线差别较大；采用CFD方法进行转速对流场影响数值计算，得到不同转速下最优工况叶片表面速度和静压分布，阐明外特性变化规律的内在原因；泵转速提高，叶片表面速度增大，内部流动基本符合圆柱层流面无关性假设；同时叶片所受升力增大，叶片背面所承受的负压强进一步降低，易发汽蚀的可能性增大，可以推测汽蚀是制约轴流泵高速化发展的主要因素之一。

关键词：轴流泵性能试验变转速计算流体动力学汽蚀余量中图分类号：TH314文献标识码：AExperiments and Numerical Simulation on Variable SpeedPerformance and Internal Flow of Axial Flow PumpSha Yi Song Deyu Duan Fubin Yu Caili Cao Miaolong(School of mechanical＆Automotive Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,Zhejiang China) Abstract：The QY90-4.4-1.5submersible axial flow pump with specific speed 550 and rotate velocity 2900 r/min was developed. Through the experiment of type and the external characteristics of the variable rotational speed, performance curves such as Q—H、Q—P and Q—ηwere obtained. The conversion for Q—H、Q—P and the optimal condition among the variable rotational speed does not meet the proportion law of similar theory and the affect between similar parabola of general characteristics and efficiency contour is larger. The internal flow fields on effect of the variable rotational speed were numerically simulated by CFD and both velocity distribution and static pressure distribution of blade surface at the various pump rotational speed are obtained. By analyzing the test data, the relation between the external characteristic and the internal flow was discussed, also the investigation results proved that the speed around the blade surface were improved with the increasing of rotational speed and the internal flow of pump can satisfy the assumptions of cylindrical flows without interference. Meanwhile it was showed that lift on the blade increases, the negative pressure on the blade suction surface further reduces and where the cavitation be prone to take place.Keywords：Axial flow pump, Performance test, variable speed, CFD, NPSH引言泵发展趋势之一是高速化[1]。

轴流泵流场数值模拟及优化设计研究轴流泵是一种常见的离心泵，广泛应用于工业、农业、民用等领域。

随着科技的不断进步，流场数值模拟技术得到了广泛的应用，可以在设计阶段就对轴流泵进行流场数值模拟，优化设计，提高轴流泵的效率和可靠性。

流场数值模拟的基本原理是通过数学模型和计算机模拟，模拟流体在轴流泵内部的流动情况。

在进行流场数值模拟前，需要先建立包括轴流泵体积、叶轮和流道等元素的三维模型。

然后，需要选择合适数学模型以描述流体在轴流泵内的流动。

当然，还需要进行网格划分，将轴流泵内部划分成无数的小单元，从而实现流体在空间内的无限分割。

最后，利用计算机求解数学模型，得到轴流泵内部的流场分布情况，实现优化设计。

目前，轴流泵的流场数值模拟主要采用的计算方法是有限元方法和有限体积法。

有限元方法强调的是通过离散化来建立轴流泵内部流场的数学模型，这种方法非常适合处理复杂的泵型结构，对计算的精度和计算时间都有一定的保证。

而有限体积法则是将轴流泵体积划分为小的控制体积，将运动物体体积积分过程转化为控制体积上的通量积分，从而将运动物体的微积分方程转化为普通方程，大大简化了问题，同时提高了计算效率。

在进行轴流泵的流场数值模拟时，需要特别注意以下几点：一、对轴流泵的每个元素进行较为准确的建模，包括叶轮、流道和各种管路;二、对流体在轴流泵内的流动进行模拟，包括速度、压力、湍流、稳态和非稳态等因素;三、进行合理的边界条件设定，如出口压力、进口流量等等。

通过流场数值模拟，可以对轴流泵的设计进行优化。

在模拟中，可以调整不同的设计参数，如叶片数目、叶片厚度、叶片攻角、流道倾斜度和进出口口径等，来找到最合适的设计方案。

此外，模拟的结果还可以为轴流泵的实际生产提供指导，如可以检测流量、速度和压力等参数是否达到预期要求，在实际生产过程中对轴流泵进行调整。

为了更好地使用流场数值模拟技术，需要加强计算机模拟软件的开发和改进，提高计算机软件和硬件的性能，同时也需要加强对流场数值模拟理论的深入研究，以获得更好的计算效果和优化设计结果。

水翼动力学特性与轴流泵水力性能优化研究的开题报告一、选题背景水翼和轴流泵是水动力学领域的两个研究热点，二者的研究对于水动力学领域的理论研究和工程应用都具有非常重要的意义。

水翼在水上运动中具有优异的性能，可以提高水上运动器的速度和稳定性，降低水阻；而轴流泵的流体输送效率高、流量稳定等特点，广泛应用于液压机械、水泵等领域。

因此，在水动力学研究中，水翼和轴流泵的特性分析和性能优化是研究人员关注的热点问题。

本文将研究水翼动力学特性与轴流泵水力性能优化的相关问题。

二、研究内容和方法1. 研究水翼的流动特性和力学特性，探究水翼对速度和浸深的响应特性，并利用实验和数值模拟等手段对水翼动力学特性进行分析。

2. 研究轴流泵的水力性能与流动机理，探究流体在轴流泵中的流动状态，建立轴流泵的数学模型，通过模型仿真和实验验证等方法，深入研究轴流泵的水力性能优化。

3. 利用数值模拟和实验研究，开展水翼和轴流泵的相互作用实验，探究水翼和轴流泵相互作用对水翼性能和轴流泵性能的影响和优化措施。

4. 根据水翼和轴流泵的实验和数值分析结果，结合优化分析方法，提出水翼和轴流泵的优化设计方法和方案。

三、预期目标1. 系统了解水翼的流动状态及动力学特性，对水翼水上运动的应用有更深入的了解。

2. 深入了解轴流泵的水力性能与流动机理，提出轴流泵的优化方案，提升轴流泵的性能。

3. 研究水翼和轴流泵的相互作用，深入探究其影响机理，并提出优化方案。

4. 提出水翼和轴流泵的优化设计方案，为实际应用提供指导和支持。

四、研究意义1. 深入探究水翼和轴流泵的特性对于水动力学领域理论研究和工程应用具有非常重要的意义。

2. 对水翼和轴流泵的研究可以促进水上运动、液压机械等领域的技术创新和应用推广。

3. 提出的优化设计方法和方案可以为生产和实际应用提供指导和支持，具有重要的应用价值。

五、实施方案1. 采用实验和数值模拟相结合的方法，开展水翼和轴流泵的相关实验和分析，获取实验数据和理论分析结果。

轴流泵站技术参数的确定及分析【摘要】泵站是抽水灌区的重要组成部分，其水泵运行状况对灌区的整体经济效益有着较大的影响。

为此，本文结合工程应用实例，介绍了抽水灌区泵站工程的运行状况，重点从多个方面探讨了泵站单个水泵技术参数的确定工作，并提出一些个人见解，以供实践参考。

【关键词】泵站；进水流道；技术参数；性能曲线随着我国社会经济建设步伐的加快，国家加大了对城乡水利基础设施建设的投资力度，水利基础设施建设数量日益增加。

泵站作为水利基础设施的重要组成部分，担负着农田灌溉、供水和蓄水等重任，在改善城乡生态环境、促进经济发展和提高人们物质生活水平方面发挥着不可替代的作用。

但是，许多泵站的水泵由于受到运行年限长、操作不当、设备老化等因素的影响，水泵工况出现逐年下降的情况，这不仅影响到泵站抗旱灌溉效益的发挥，而且也会给农业的发展带来诸多不利的因素。

而泵站是泵站重要的水利枢纽设备，加快泵站水泵的更新改造显得刻不容缓。

同时，加强研究轴流泵站技术参数的确定工作，对泵站以后的有效运作具有重要的意义。

1 灌溉工程和一级泵站概况某高扬程电力排灌工程的灌区，灌溉面积83万亩，建有泵站12座，安装不同类型的泵组133台，装机容量为11.86万kW，总抽水量60m3/s，安装16CJ-80型全调节轴流泵7台、36ZLB-70型轴流泵2台。

泵站于1975年动工，1979年竣工投运，截止2009年底运行161223台时，累计抽水26.72亿m3，泵站长期高效运行为灌区农业生产提供了稳定的水源。

但是随着泵站长期运行，该站原先安装的轴流水泵工况逐年下降，已经影响到泵站抗旱灌溉效益的发挥，加快泵站更新改造刻不容缓，而水泵又是其更新改造的主要部件，研究泵站工程状况对轴流泵运行时技术参数的影响成为该站更新改造的关键。

2 对一级泵站进水流道水位分析2.1 进水闸前水位统计分析根据一级泵站1991年～2008年的闸前河道水位观测资料，统计32个灌季的闸前水位观测记录有1067次，其中：冬灌水位222次，春灌水位513次，夏灌水位323次，考虑到现有观测资料局限性，故采用累计频计算法对现有水位资料进行概略分析。