給定轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)參數(shù)的離心泵內(nèi)部流體力研究.pdf

1、本課題屬于江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目“動(dòng)力工程及工程熱物理”（蘇財(cái)教[2011]8號(hào)）課題研究內(nèi)容之一。
　　 離心泵在高轉(zhuǎn)速、大功率下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性問題比較突出。它不僅會(huì)影響到離心泵的性能，還會(huì)對(duì)泵裝置本身強(qiáng)度提出更高的要求。因此，研究離心泵在高轉(zhuǎn)速、大功率下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題非常有必要。本文通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)，研究了渦動(dòng)情況下偏心距和渦動(dòng)頻率比對(duì)離心泵內(nèi)外特性的影響。在給定一系列轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)參數(shù)條件下，采

2、用RNGk-ε湍流模型對(duì)包含前后泵腔在內(nèi)的全流場進(jìn)行數(shù)值模擬;分析了偏心距對(duì)離心泵外特性的影響，以及流量和渦動(dòng)頻率比對(duì)離心泵內(nèi)部流場的影響;研究了離心泵內(nèi)部流體力的分布情況以及流量、偏心距和渦動(dòng)頻率比對(duì)離心泵內(nèi)部流體力的影響。本文主要研究工作與成果如下:
　　 1.建立了離心泵幾何計(jì)算模型，從渦量和靜壓的角度，研究了流量和渦動(dòng)頻率比對(duì)離心泵內(nèi)部流場的影響。計(jì)算分析結(jié)果表明，流量和渦動(dòng)頻率比是影響離心泵內(nèi)部流場的重要因素。

3、　　 2.研究了渦動(dòng)情況下，流量、偏心距和渦動(dòng)頻率比對(duì)離心泵內(nèi)部流體力的影響。計(jì)算分析結(jié)果表明，流量、偏心距和渦動(dòng)頻率比均對(duì)離心泵內(nèi)部流體力存在較大影響。其中，離心泵內(nèi)部流體力的法向分力Fn、切向分力Ft均與渦動(dòng)頻率比ω/Ω近似成二次函數(shù)關(guān)系，而且這種二次函數(shù)關(guān)系與偏心距相關(guān)。
　　 3.分析了2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處渦動(dòng)頻率比和流量對(duì)離心泵內(nèi)部壓力脈動(dòng)的影響。計(jì)算分析結(jié)果表明，渦動(dòng)頻率比是影響離心泵內(nèi)部壓力脈動(dòng)的重要因素。正向渦動(dòng)（ω/

4、Ω＞0）時(shí)，葉輪內(nèi)旋渦較少，水力損失較小，對(duì)渦動(dòng)效果有明顯的抑制作用;負(fù)向渦動(dòng)（ω/Ω＜0）時(shí)，葉輪內(nèi)旋渦較多，水力損失較大，對(duì)渦動(dòng)效果有明顯的促進(jìn)作用;在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)及附近區(qū)域運(yùn)行時(shí)，離心泵內(nèi)部振動(dòng)比較弱;在偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)及其附近區(qū)域運(yùn)行時(shí)，離心泵內(nèi)部振動(dòng)比較劇烈。對(duì)于離心泵來說，在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)及其附近區(qū)域正向渦動(dòng)時(shí)，泵可以較平穩(wěn)的運(yùn)行。
　　 4.研究了渦動(dòng)情況下，離心泵內(nèi)部流體力的分布和5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處流量和渦動(dòng)頻率比對(duì)離心泵內(nèi)部

5、壓力脈動(dòng)的影響。計(jì)算分析結(jié)果表明，葉輪內(nèi)部流體貢獻(xiàn)的法向分力Fn和切向分力Ft百分比最高(68.92％～92.09％)，這說明渦動(dòng)情況下離心泵內(nèi)部流體力主要來源于葉輪內(nèi)部流體;從流體角度來看，葉輪內(nèi)部流體周向壓力分布不均是引起轉(zhuǎn)子偏心渦動(dòng)的重要原因之一。
　　 5.進(jìn)行了渦動(dòng)情況下的離心泵外特性試驗(yàn)及偏心距的預(yù)測。將試驗(yàn)值與給定的一系列偏心距條件下的計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，并且分析偏心距對(duì)離心泵揚(yáng)程和效率的影響，通過加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)揚(yáng)程