大流量泵內(nèi)部非定常流動(dòng)特性及水力激振研究.pdf

1、泵作為一種重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備及流體輸送裝置，在眾多國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用，其中大流量栗由于功率消耗大，葉輪流道寬，葉輪內(nèi)部三維流動(dòng)特征明顯，更容易引起水泵機(jī)組復(fù)雜的激振，因此，需要在提髙其效率的同時(shí)對(duì)其水力激振進(jìn)行改善。本文通過定常和非定常計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)大流量泵的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，提出了總體歐拉揚(yáng)程分布，S1流面歐拉揚(yáng)程分布以及展向歐拉揚(yáng)程分布來評(píng)估大流量泵葉輪內(nèi)流體的能量增長(zhǎng)方式，引入單位體積熵生成率對(duì)栗內(nèi)流動(dòng)損失進(jìn)

2、行定位和測(cè)量，采用上述手段研究了不同幾何參數(shù)對(duì)大流量泵水力性能及非定常徑向力的影響。在對(duì)內(nèi)部流動(dòng)能量分布規(guī)律分析的基礎(chǔ)上對(duì)大流量泵進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以提髙其效率，降低其非定常徑向力。最后試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)設(shè)計(jì)模型在提高效率和降低振動(dòng)水平方面的有效性，并研究了不同運(yùn)行條件下大流量泵的振動(dòng)特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了利用總體歐拉揚(yáng)程分布來表示大流量泵葉輪的能量增長(zhǎng)方式，并將其應(yīng)用于大流量混流泵葉片尾緣修型影響的研究中。結(jié)果表明：總體

3、歐拉揚(yáng)程分布曲線中增長(zhǎng)率較低的部分通常說明對(duì)應(yīng)位置存在不理想的流動(dòng)狀況，需要對(duì)該位置的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改以提髙葉輪的工作性能；最佳的正則化總體歐拉揚(yáng)程分布方式為接近恒定增長(zhǎng)的上凸曲線；葉片尾緣修型可以減弱葉輪出口的射流-尾跡結(jié)構(gòu)，增加流動(dòng)均勻性，從而提髙大流量泵在大流量區(qū)域的性能。⑵提出了利用S1流面歐拉揚(yáng)程分布來表示真實(shí)粘性流動(dòng)中各個(gè)S1流面上的能量增長(zhǎng)方式，引入單位體積熵生成率對(duì)泵內(nèi)的流動(dòng)損失進(jìn)行測(cè)量和定位，將上述分析方法應(yīng)用于大流量

4、離心泵的高效低水力激振設(shè)計(jì)中。結(jié)果表明：葉片壓力面靠近后蓋板側(cè)的流動(dòng)分離所對(duì)應(yīng)的高熵增區(qū)域是該泵效率較低，振動(dòng)過大的主要原因；采用“二級(jí)階梯形式”的S1流面歐拉揚(yáng)程分布有助于抑制離心葉輪中葉片壓力面靠近后蓋板側(cè)的流動(dòng)分離和二次流，從而提高泵效率，降低徑向激振力。⑶提出了利用展向歐拉揚(yáng)程分布來表示葉輪各個(gè)展向位置流體對(duì)于總功的貢獻(xiàn)，并將其應(yīng)用于不同葉片積疊方式影響的研究中。結(jié)果表明：零積疊模型駝峰的產(chǎn)生對(duì)應(yīng)著展向歐拉揚(yáng)程分布的突變；正積疊

5、模型葉輪流道靠近前蓋板側(cè)的脫流導(dǎo)致了效率的降低和非定常徑向力的增大；負(fù)積疊方式（即在葉輪旋轉(zhuǎn)方向上葉片前蓋板截面領(lǐng)先于后蓋板截面的積疊方式）不僅可以有效提高離心泵的流動(dòng)穩(wěn)定性，消除揚(yáng)程曲線中的駝峰，而且能夠在保持效率基本不變的前提下降低泵內(nèi)流體壓力脈動(dòng)以及葉輪所受的非定常徑向力。⑷對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了其在提高水力性能和降低振動(dòng)水平方面的效果。通過試驗(yàn)分析了在不同入口壓力，不同流量，不同汽蝕條件下水泵機(jī)組不同位置的振動(dòng)特性