離心泵全流道內(nèi)空化流場的數(shù)值模擬及預(yù)測.pdf

1、離心泵在運(yùn)行過程中，空化會(huì)使其過流部件產(chǎn)生磨蝕破壞，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，空化嚴(yán)重時(shí)泵的效率顯著降低甚至不能正常運(yùn)行。因此，如何提高離心泵空化空蝕性能是流體機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。 隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的提高，用數(shù)值模擬來分析離心泵內(nèi)部的空化流動(dòng)已經(jīng)成為可能。應(yīng)用數(shù)值模擬的方法可以對(duì)試驗(yàn)難以測量的參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，而不需要大量的試驗(yàn)，應(yīng)用數(shù)值模擬的方法對(duì)離心泵進(jìn)行分析和工程設(shè)計(jì)，有利于提高工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。數(shù)值模

2、擬方法己經(jīng)成為離心泵分析、設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段。 本文以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用商用CFD軟件Fluent為工具，采用RNGk-ε兩方程模型、混合多相流模型、空化模型和SIMPLEC算法，對(duì)比轉(zhuǎn)數(shù)ns=91.9離心泵葉輪流道內(nèi)的空化流場進(jìn)行數(shù)值模擬及預(yù)測，得到空化流場的壓力、速度和空泡體積組份分布，計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果基本吻合，表明所采用的空化模型能真實(shí)反映泵內(nèi)空化流動(dòng)情況，這對(duì)葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要意義。通過分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1)對(duì)

3、離心泵全流道內(nèi)的空化流場進(jìn)行模擬得到在進(jìn)口段和蝸殼段均沒有明顯的空化發(fā)生，葉輪內(nèi)空化主要發(fā)生在葉片背面進(jìn)口稍后處，靠近前蓋板的位置，該位置存在明顯的低壓區(qū)；2)大流量工況下，葉輪內(nèi)低壓區(qū)的面積和空泡體積分?jǐn)?shù)均遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)工況和小流量工況，說明在大流量工況下運(yùn)行容易造成空蝕破壞； 3)在非定?？栈鲌龅哪M中，葉輪在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，空化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況是由弱到強(qiáng)，又由強(qiáng)到弱的非定常變化過程，但單個(gè)葉片空化最嚴(yán)重的地方是在葉片背面進(jìn)口稍后

4、處和前蓋板接觸的地方，葉片的出水邊附近沒有明顯空化現(xiàn)象發(fā)生。這與定?？栈鲌龅哪M結(jié)果是一致的。4)在空化發(fā)生的進(jìn)程中，隨著裝置空化余量NPSHA的降低，葉輪內(nèi)空泡體積組份分?jǐn)?shù)逐漸增加，葉片表面壓力和空泡體積組份分布開始不均勻，揚(yáng)程H和水力效率ηh出現(xiàn)下降的趨勢，說明空化嚴(yán)重時(shí)影響泵的性能。 為了驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，分別計(jì)算了該泵在不同流量下的揚(yáng)程。計(jì)算值和試驗(yàn)值比較發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)流量(45.7 m3／h)附近誤差小于5％。由此說