壓力梯度對(duì)離心泵葉輪性能影響的研究.pdf

1、離心泵葉輪流道內(nèi)的壓力梯度是影響速度場(chǎng)分布的重要因素，而速度場(chǎng)的分布直接決定了葉輪性能的高低，因此在葉輪的水力設(shè)計(jì)中需考慮壓力梯度對(duì)流動(dòng)的影響。本文采用理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法研究了壓力梯度對(duì)離心泵葉輪性能的影響。
　　首先從理論上闡述了無(wú)壓力梯度、順壓力梯度及逆壓力梯度對(duì)流動(dòng)的影響，理論分析表明：不同形式的壓力梯度與流動(dòng)的關(guān)系可以歸納為液體所受表面力與慣性力的相互作用問(wèn)題。逆壓梯度環(huán)境下，液體所受表面力與慣性力相反，對(duì)流動(dòng)

2、起阻礙作用，同時(shí)能加速邊界層分離。
　　其次應(yīng)用 CFD技術(shù)，對(duì)幾種不同幾何形狀的漸擴(kuò)管進(jìn)行了內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算，從速度分布和水力損失兩方面，闡述了不同分布規(guī)律的壓力梯度對(duì)漸擴(kuò)管內(nèi)流動(dòng)及其水力性能的影響，結(jié)果表明：漸擴(kuò)管內(nèi)過(guò)流面積分布是影響其內(nèi)部壓力梯度分布的主要因素。壓力梯度越小，漸擴(kuò)管水力性能越佳。
　　離心泵葉輪流道內(nèi)壓力梯度取決于流道長(zhǎng)度和流道內(nèi)過(guò)流面積分布，改變?nèi)~片幾何參數(shù)是控制葉輪流道長(zhǎng)度和流道內(nèi)過(guò)流面積分布的最直接手段

3、。以比轉(zhuǎn)速為63的單級(jí)單吸離心泵為研究對(duì)象，以降低葉輪流道內(nèi)壓力梯度為目標(biāo)，通過(guò)調(diào)整葉片包角和進(jìn)出口安放角的方式，研究了影響葉輪流道內(nèi)壓力梯度分布規(guī)律的主要因素，以及壓力梯度與葉輪水力效率之間的關(guān)系。主要研究過(guò)程及結(jié)論如下：
　　(1)保證葉片進(jìn)出口安放角不變調(diào)整葉片包角。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)葉片進(jìn)出口安放角不變時(shí)，隨著葉片包角增加流道延長(zhǎng)，出口與進(jìn)口的過(guò)流面積比隨之增加；流道各位置上過(guò)流面積減小，均呈現(xiàn)出先減小再增加的過(guò)流面積分布規(guī)律；

4、各新設(shè)計(jì)的水力模型葉輪流道內(nèi)壓力梯度分布較為相似，呈線性遞增規(guī)律；保持葉片進(jìn)出口安放角不變只增大葉片包角，并不能有效改善流道內(nèi)的壓力梯度分布情況；由于壁面摩擦損失增多和流道的排擠效應(yīng)增強(qiáng)，葉輪水力效率隨包角的增加而下降；
　　(2)增大葉片包角的同時(shí)調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角。研究發(fā)現(xiàn)：葉片包角增大的同時(shí)調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角，以使葉片型線成光滑過(guò)渡，流道進(jìn)一步延長(zhǎng)，出口與進(jìn)口的過(guò)流面積比隨之減??；由于流道出口過(guò)流面積顯著減小，從而產(chǎn)生不

5、同的過(guò)流面積分布規(guī)律；流道前部的壓力梯度基本不受影響，從流道中后部開(kāi)始，隨著葉片包角的增大壓力梯度明顯降低，葉輪水力效率隨之提升；
　　(3)葉片包角不變調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角。研究發(fā)現(xiàn)：葉片包角不變時(shí)，隨著進(jìn)出口安放角的減小，流道長(zhǎng)度基本不變，出口與進(jìn)口的過(guò)流面積比隨之減??；出口角對(duì)過(guò)流面積的影響遠(yuǎn)大于進(jìn)口角；隨著流道出口與進(jìn)口的過(guò)流面積比減小，流道中后部壓力梯度相應(yīng)降低，葉輪水力效率進(jìn)一步提升。
　　通過(guò)系統(tǒng)研究表明，流道

6、壓力梯度分布是制約葉輪性能的重要因素。流道內(nèi)的壓力梯度分布規(guī)律由過(guò)流面積分布規(guī)律決定，葉片包角和葉片出口安放角是影響過(guò)流面積分布規(guī)律的主要因素。在一定范圍內(nèi)增大葉片包角并減小出口安放角，能夠有效降低流道中后部的壓力梯度，不僅能延緩或避免邊界層分離現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)可以改善速度場(chǎng)分布，減小速度梯度，從而降低葉輪內(nèi)的水力損失，提高葉輪效率。
　　最后，基于降低流道內(nèi)壓力梯度的葉輪水力設(shè)計(jì)方法，對(duì)一臺(tái)節(jié)段式多級(jí)離心泵的首級(jí)與次級(jí)葉輪進(jìn)行水