小流量下離心泵低頻汽蝕壓力脈動(dòng)數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、本文是在國(guó)家杰出青年基金項(xiàng)目“離心泵基礎(chǔ)理論和節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”(50825902)、“國(guó)家自然科學(xué)基金“離心泵內(nèi)部非定常流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)和噪聲機(jī)理研究”(50979034)和江蘇省自然基金“離心泵葉輪進(jìn)出口回流生成機(jī)理及流動(dòng)規(guī)律”(BK2009218)的資助下開展工作的。
　　 離心泵廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,隨著科技發(fā)展和社會(huì)需要,越來越朝高速小型化方向發(fā)展。當(dāng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵在小流量、低進(jìn)口壓力下運(yùn)行時(shí),由于進(jìn)口回流和旋渦的

2、存在,進(jìn)口管路和葉輪局部壓力可能低于流體汽化壓力,即汽蝕系數(shù)降到它的臨界值,因而初生汽蝕,進(jìn)一步發(fā)展會(huì)形成強(qiáng)烈的低頻汽蝕,激發(fā)頻率低強(qiáng)度大的壓力脈動(dòng)。本文對(duì)小流量下離心泵內(nèi)部汽蝕流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究?jī)?nèi)容和成果有:
　　 1.總結(jié)了汽蝕的主要類型,闡述了離心泵汽蝕問題的研究進(jìn)展。初步分析了小流量下離心泵低頻汽蝕發(fā)生與離心泵進(jìn)口回流的理論關(guān)系。
　　 2.采用四種數(shù)值模擬方案,應(yīng)用ANSYS CFX12.0

3、軟件對(duì)離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行定常數(shù)值計(jì)算,同時(shí)將各方案的離心泵性能預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。重點(diǎn)對(duì)比分析了大流量和小流量工況下葉輪內(nèi)部的速度和壓力分布,初步揭示了方案二(基于k-ε湍流模型和以總壓進(jìn)口、質(zhì)量流量出口為進(jìn)出口邊界)對(duì)小流量工況下離心泵全流道內(nèi)流動(dòng)分離較明顯,對(duì)離心泵性能預(yù)測(cè)相對(duì)誤差不大,初步認(rèn)為可將其定常計(jì)算結(jié)果作為定常汽蝕計(jì)算的初始值。
　　 3.在離心泵定常數(shù)值模擬設(shè)置的基礎(chǔ)上,通過加載汽蝕模型對(duì)其內(nèi)部汽蝕流動(dòng)進(jìn)行整

4、機(jī)數(shù)值計(jì)算。揭示了各個(gè)流量下離心泵汽蝕時(shí)其內(nèi)部流場(chǎng)特征,分析了不同工況下離心泵的汽蝕性能。主要結(jié)論有:
　　 (1)小流量工況下,隨著汽蝕系數(shù)逐漸減小,葉輪流道靜壓和汽泡分布不均勻,個(gè)別流道低壓區(qū)和氣穴長(zhǎng)度存在先增大后減小再增大的變化規(guī)律；泵吸入管流道內(nèi)回流產(chǎn)生的漩渦逐漸減少至消失,流動(dòng)趨于均勻,同時(shí)管道內(nèi)有汽泡產(chǎn)生,并有先增大后減少最后消失的變化規(guī)律。
　　 (2)設(shè)計(jì)流量下,隨著汽蝕系數(shù)逐漸減少,葉片各流道靜壓和汽泡

5、分布逐漸趨于均勻?qū)ΨQ；大流量時(shí),汽蝕由初生、發(fā)展到嚴(yán)重的過程中,各葉片流道低壓區(qū)和汽泡呈均勻?qū)ΨQ分布；設(shè)計(jì)流量和大流量時(shí),泵吸入管道內(nèi)始終未見汽泡產(chǎn)生。
　　 (3)隨著進(jìn)口總壓不斷降低,小流量時(shí),汽蝕系數(shù)下降并出現(xiàn)震蕩變化的規(guī)律,設(shè)計(jì)流量和大流量時(shí),汽蝕系數(shù)隨著進(jìn)口總壓降低接近線性變化的關(guān)系。從模型泵汽蝕性能曲線來看,小流量汽蝕時(shí)揚(yáng)程突降前有一段先緩慢下降后上升再下降的變化過程；大流量揚(yáng)程先是緩慢下降,到一臨界值發(fā)生突降。

6、r>　　 4.首次在小流量工況下離心泵定常汽蝕計(jì)算的結(jié)果的基礎(chǔ)上,考慮時(shí)間變化對(duì)汽蝕的影響,進(jìn)行非定常汽蝕計(jì)算。得到小流量工況下各葉輪流道汽泡分布隨時(shí)間交替變化情況,且分布極不對(duì)稱；靠近葉輪進(jìn)口和葉片吸力面處壓力脈動(dòng)具有最明顯的低頻高幅特征。葉輪進(jìn)口和葉片吸力面各點(diǎn)的汽蝕壓力脈動(dòng)主頻范圍為3.38Hz～10.14Hz,泵進(jìn)口流道內(nèi)各點(diǎn)壓力脈動(dòng)主頻范圍為0.24Hz～9.9Hz，靠近葉輪流道出口各點(diǎn)的壓力脈動(dòng)主頻均為泵的轉(zhuǎn)頻48.3Hz