離心泵進(jìn)口回流誘導(dǎo)的空化特性研究.pdf

1、離心泵在低于設(shè)計流量下運行時，由于葉片前緣的壓力差，在葉輪的進(jìn)口處會產(chǎn)生回流，并伴隨著流量以及壓力波動，嚴(yán)重時會誘發(fā)振動與噪聲。旋轉(zhuǎn)的回流會和主流剪切形成回流漩渦，漩渦附近的壓力一般較低，容易發(fā)生漩渦空化。本文首先采用三種不同的軟件模擬低比轉(zhuǎn)速離心泵的性能曲線，并與試驗對比，然后選取預(yù)測性能結(jié)果最精確的數(shù)值模擬軟件研究無空化工況下葉輪進(jìn)口處的回流特性，以及空化工況下進(jìn)口回流誘導(dǎo)的空化特性，從而分析出低比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪進(jìn)口處的回流流動規(guī)律

2、、回流漩渦引起的空化問題及其對空化性能的影響等。本文的主要工作和成果如下：
　　1．闡述了回流漩渦空化的研究背景和發(fā)生機理。簡要介紹了進(jìn)口回流、回流漩渦空化、空化數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　2．總結(jié)了CFX軟件、Fluent軟件、PumpLinx軟件所采用的空化模型，然后對低比轉(zhuǎn)速離心泵進(jìn)行開式空化性能試驗，發(fā)現(xiàn)在整個流量范圍內(nèi)，PumpLinx軟件對第Ⅰ臨界空化系數(shù)σⅠ的模擬較為準(zhǔn)確，F(xiàn)luent軟件對第Ⅱ臨界空化系數(shù)

3、σⅡ的模擬較為準(zhǔn)確；在小流量范圍內(nèi)，CFX軟件對σⅠ和σⅡ的模擬均較為準(zhǔn)確。由于本文研究的工況集中在小流量范圍，最終確定使用CFX軟件進(jìn)行后續(xù)的空化數(shù)值模擬。
　　3．采用CFX軟件詳細(xì)分析無空化工況下回流的產(chǎn)生對葉輪進(jìn)口流場的影響，并且在此基礎(chǔ)上加載空化模型，著重分析葉輪內(nèi)的空泡體積分布對泵揚程下降的影響，并探討進(jìn)口回流區(qū)域的定常空化特性。主要結(jié)論有：
　　（1）回流改變了進(jìn)口流場特性和空化特性：可能會加速主流區(qū)域發(fā)生空化

4、；進(jìn)水管各截面最高總壓出現(xiàn)的位置呈現(xiàn)逆時針分布；在葉片前緣附近，r/R1=0.5上流體的靜壓最低；葉片上空化出現(xiàn)的位置發(fā)生變化。
　?。?）在設(shè)計工況點1.0Qd，葉輪內(nèi)的空泡分布均勻。在小流量工況點0.4Qd，整個葉輪內(nèi)的空泡呈現(xiàn)了明顯的不對稱性分布。當(dāng)空化系數(shù)σ-0.249，葉片前緣附近會發(fā)生明顯的回流漩渦空化。而當(dāng)空化系數(shù)σ-0.049，葉片1、葉片6之間的回流漩渦空化消失。
　　（3）回流漩渦空化的初生是非附著狀態(tài)，

5、隨著空化系數(shù)的降低，回流漩渦空化逐漸附著到葉片上?；亓麂鰷u空化的發(fā)展和潰滅使得泵的空化特性曲線在急劇下降前出現(xiàn)了一段緩慢上升的趨勢。
　　4．在定?？栈M結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行非定?？栈瘮?shù)值計算，分別從揚程和空泡體積的波動、回流的軸向速度波動、壓力脈動三個方面闡述，探討回流漩渦空化產(chǎn)生的影響，同時研究葉片前緣附近的回流漩渦空化隨時間的發(fā)展過程。主要結(jié)論有：
　?。?）在0.4Qd、σ-0.056工況下，回流漩渦空化的發(fā)展會隨著葉

6、片的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化。在葉片前緣面，存在3個旋轉(zhuǎn)的回流漩渦空化分量。同時揚程波動、空泡體積波動以及葉輪進(jìn)口回流的軸向速度波動發(fā)生變化。
　　（2）隨著空化系數(shù)的降低，進(jìn)水管中心線處的主頻逐漸向低頻區(qū)偏移，幅值逐漸增加。在0.4Qd、σ-1.923工況和σ-0.764工況，未出現(xiàn)回流漩渦空化，進(jìn)水管中心線處的主頻是軸頻fb，而在σ-0.056工況，主頻偏移到0.2倍的葉頻fn。
　?。?）對葉輪進(jìn)口面和葉片前緣處的壓力脈動監(jiān)測點