斜流泵葉頂間隙流動機(jī)理及其流固耦合動力學(xué)研究.pdf

1、斜流泵兼具離心泵和軸流泵兩種泵型的優(yōu)點(diǎn)和靈活多變的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在工業(yè)過程關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。斜流泵旋轉(zhuǎn)葉片輪緣和靜止泵殼之間存在葉頂間隙，目前選擇葉頂間隙值時，缺乏葉頂間隙值選擇的理論依據(jù)。目前葉頂間隙值和斜流泵流動不穩(wěn)定性、揚(yáng)程-流量正斜率特性、泄漏渦結(jié)構(gòu)以及葉片空泡流動形態(tài)等問題之間的相互關(guān)系，國內(nèi)外相關(guān)研究較少，上述現(xiàn)象直接影響大型斜流泵的水力穩(wěn)定性和可靠性。本文以斜流泵模型為研究對象,在葉頂間隙分別為0、0.5 mm、1mm、

2、1.5mm條件下，研究斜流泵葉頂間隙流動機(jī)理及其誘發(fā)葉片變形的應(yīng)力特性。
　　本文的主要研究工作：首先，在斜流泵模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，闡明了葉頂間隙對斜流泵水力性能的影響?；趦?nèi)外特性的內(nèi)在關(guān)系，研究了不同葉頂間隙下斜流泵揚(yáng)程-流量正斜率曲線的抑制機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，闡明了葉頂間隙對斜流泵葉頂泄漏渦結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，并對比了葉頂間隙對葉片載荷分布規(guī)律的影響。空化條件下，研究了斜流泵葉片空泡初生、發(fā)展和演化機(jī)理及其與葉片空泡團(tuán)空間形態(tài)等參數(shù)

3、之間的相互聯(lián)系。最后，在流固耦合作用下，研究了葉頂間隙值對斜流泵葉輪葉片變形和應(yīng)力特性的影響規(guī)律。
　　通過分析，闡明了較小的葉頂間隙值可以抑制斜流泵吸入端近壁面的漩渦結(jié)構(gòu)，從而抑制流量-揚(yáng)程正斜率特性。研究發(fā)現(xiàn)了較小的葉頂間隙值可以抑制貼附射流的尺度和強(qiáng)度，從而延遲和減弱泄漏渦結(jié)構(gòu)的形成。從提高泵的空化性能和運(yùn)行穩(wěn)定性角度，提出了選擇較小的葉頂間隙值，可以避免葉片前緣頭部產(chǎn)生較大幅度的壓力振蕩現(xiàn)象，提高泵的空化穩(wěn)定性；同時，較小

4、的葉頂間隙值，可以有效抑制葉片表面的空泡尺度，降低葉片空泡的密度，使空泡穩(wěn)定地附著在葉片表面而不產(chǎn)生脫落現(xiàn)象?；诘谝粡?qiáng)度理論和流固耦合的數(shù)值計算方法，計算表明較大的葉頂間隙值，可以明顯降低斜流泵葉片的變形量和應(yīng)力值，葉片最大變形量和最大應(yīng)力值均位于葉片頭部區(qū)域。
　　在此基礎(chǔ)上，從改善小流量工況下斜流泵運(yùn)行的水力穩(wěn)定性、抑制葉頂間隙的貼附射流效應(yīng)和泄漏渦結(jié)構(gòu)綜合考慮，相對葉頂間隙-RTC在0.172％和0.344%范圍；其次，從