葉輪幾何參數(shù)對離心泵進(jìn)口回流特性影響的研究.pdf

1、本研究在國家杰出青年基金項目“離心泵基礎(chǔ)理論和節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號:50825902)和江蘇省科技計劃項目“離心泵葉輪進(jìn)出口回流的生成機(jī)理及流動規(guī)律”(編號:BK2009218)的資助下開展工作。
　　 離心泵在小流量工況運行時，不可避免的在葉輪進(jìn)口處會產(chǎn)生回流。回流的存在不但消耗能量，而且使得進(jìn)口流場中出現(xiàn)壓力脈動，進(jìn)而產(chǎn)生振動和噪聲。回流的產(chǎn)生伴隨著漩渦，加劇葉輪內(nèi)部的空化，降低泵的效率，縮短泵的使用壽命。針對這種現(xiàn)狀，

2、本文在課題組前人研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了離心泵進(jìn)口回流的產(chǎn)生機(jī)理，驗證了模型泵進(jìn)口回流發(fā)生的流量點，分析了葉輪內(nèi)部流道截面上的漩渦特性。采用CFD數(shù)值計算與試驗驗證相結(jié)合的方法，開展多方案模擬分析對比，分析了三個葉輪幾何參數(shù)對模型泵進(jìn)口回流特性的影響規(guī)律，得出了影響進(jìn)口回流特性的關(guān)鍵性因素，為抑制離心泵進(jìn)口回流提供理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容有:
　　 1.闡述了離心泵進(jìn)口回流的產(chǎn)生機(jī)理，分析了模型泵的進(jìn)口回流特性。葉輪進(jìn)口處產(chǎn)生流動分離

3、并且存在與主流方向垂直的強(qiáng)壓力梯度是導(dǎo)致進(jìn)口回流產(chǎn)生的主要原因。當(dāng)流量減小到一定程度時，葉片壓力面進(jìn)口處的流速等于軸向漩渦速度，此時科氏力與水流繞流彎曲葉片所產(chǎn)生的離心力方向一致，促使葉片壓力面上的流體質(zhì)點發(fā)生分離。同時受由葉片頂部指向輪轂的壓力差的作用，分離區(qū)不斷變大，最終形成了葉輪進(jìn)口前的回流并逐漸向進(jìn)水管上游延伸。
　　 對模型泵進(jìn)水管內(nèi)監(jiān)測點的周向速度分析表明，模型泵進(jìn)口回流發(fā)生時產(chǎn)生的預(yù)旋距離葉輪進(jìn)口可達(dá)13倍進(jìn)水管直

4、徑。對葉輪進(jìn)口截面上監(jiān)測點的軸向速度分析表明，模型泵進(jìn)口回流發(fā)生的流量點為0.7Qd，與對模型泵進(jìn)行的可視化試驗得到的結(jié)果一致。分析葉輪流道內(nèi)不同截面上的流線分布表明，回流漩渦首先在前蓋板靠近吸力面處產(chǎn)生，漩渦范圍和強(qiáng)度不斷變大，同時向后蓋板和壓力面運動，最終生成新的漩渦。
　　 2.分析了葉輪幾何參數(shù)對離心泵進(jìn)口回流特性的影響規(guī)律。采用ANSYSCFX軟件分別對三個葉片數(shù)、葉片進(jìn)口沖角和葉片進(jìn)口邊位置的模型泵進(jìn)行了定常數(shù)值計算

5、，每個參數(shù)共有三種方案，探討了葉輪幾何參數(shù)對進(jìn)口回流的影響規(guī)律。得出的主要結(jié)論有:
　　 (1)比較葉片數(shù)分別為5、6、7三個葉輪方案進(jìn)口截面上監(jiān)測點的軸向速度，葉片數(shù)為5時葉片工作面中部的靜壓等值線分布不均勻，存在二次流現(xiàn)象;葉片數(shù)為7時壓力梯度較小，葉輪進(jìn)口回流得到較大的改善。
　　 (2)比較沖角分別為0°、5°和10°三個葉輪方案，沖角為0°時葉片工作面靜壓分布很不均勻，進(jìn)口處最低壓力區(qū)擴(kuò)大，葉片中部存在明顯的橫

6、向流動和漩渦，流場比較紊亂;沖角為10°時葉片工作面和背面靜壓分布均勻，葉輪流道內(nèi)部流線分布較其他兩種沖角的方案好。
　　 (3)比較葉片進(jìn)口邊位置分別為1、2和3三個方案，回流發(fā)生的流量點隨葉片進(jìn)口邊位置的后縮而降低。采用葉片進(jìn)口邊前伸的方案，葉片出口處靜壓值最高，分布較好，回流強(qiáng)度有減小的趨勢。
　　 3.優(yōu)選一個葉輪方案，采用大渦模擬進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬。針對葉片進(jìn)口邊前伸的方案二葉輪，在進(jìn)水管、葉輪流道內(nèi)設(shè)置監(jiān)測