離心泵動(dòng)靜葉柵內(nèi)部流動(dòng)特性的大渦模擬.pdf

1、動(dòng)靜葉柵相互干涉是引起水力機(jī)械振動(dòng)、噪音和效率降低的重要原因之一，在偏離設(shè)計(jì)工況下離心泵動(dòng)靜葉柵內(nèi)液體的流動(dòng)會(huì)使泵運(yùn)行不穩(wěn)定性增大。本文以帶有導(dǎo)葉的離心泵為計(jì)算模型，采用大渦模擬數(shù)值計(jì)算方法對(duì)泵運(yùn)行在以設(shè)計(jì)流量Q=45m3/h為參考的0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q和1.4Q五種不同流量工況下泵外特性變化曲線、徑向力和軸向力矢徑分布、葉輪Z軸中間截面和導(dǎo)葉、蝸殼Z軸中間截面靜壓、速度、流線、渦量分布進(jìn)行分析。本文主要研究?jī)?nèi)容及所得

2、結(jié)論如下:
　　1.采用MATLAB軟件對(duì)導(dǎo)葉、蝸殼水力設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行編程，提高了導(dǎo)葉、蝸殼水力設(shè)計(jì)效率;采用Pro/E軟件對(duì)全流道各過(guò)流部件的三維實(shí)體進(jìn)行建模;采用ICEM CFD對(duì)全流道各部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，其中，葉輪和導(dǎo)葉進(jìn)行周期性結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。
　　2.采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型對(duì)模型泵全流場(chǎng)內(nèi)部定常流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明:
　　(1)隨著流量的增大，葉輪與蝸殼徑向力逐漸減小，導(dǎo)葉徑向力逐漸增大，葉

3、輪軸向力逐漸增大，方向與葉輪進(jìn)口速度方向相反。
　　(2)從葉輪進(jìn)口處至葉輪出口處，葉輪Z軸中間截面靜壓沿半徑方向近似呈遞增趨勢(shì)。不同流量工況下導(dǎo)葉蝸殼Z軸中間截面靜壓分布相似。
　　(3)葉輪內(nèi)小流量工況下出現(xiàn)明顯回流，隨著流量增大，相對(duì)速度分布趨于均勻。小流量工況下流體流動(dòng)狀態(tài)較差，導(dǎo)葉可改善葉輪在大流量工況下的流動(dòng)狀態(tài)。
　　(4)渦量極大值和極小值相差很大，絕大部分渦量值不超過(guò)2500(1)/s。隨著流量的增大

4、，葉輪Z軸截面最低渦量區(qū)間云圖范圍減小，渦量分布趨于均勻。
　　3.對(duì)水力機(jī)械的大渦模擬計(jì)算方法進(jìn)行研究，以五種不同流量工況的定常計(jì)算結(jié)果分別作為采用標(biāo)準(zhǔn)Smagorinsky模型對(duì)五種變流量工況下泵非定常流動(dòng)特性大渦模擬數(shù)值計(jì)算的初始條件，得到五種不同流量工況下模型泵內(nèi)非定常流動(dòng)特性。結(jié)果表明:
　　(1)當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)流道范圍時(shí)，揚(yáng)程、效率、扭矩和軸功率均發(fā)生一個(gè)周期的變化，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)均有與葉片數(shù)相等個(gè)數(shù)的近似正弦

5、變化的周期。
　　(2)在小流量工況下葉輪所受徑向力近似呈橢圓分布。整體上，隨著流量的增大，徑向力矢徑橢圓發(fā)生畸變的程度增大，徑向力矢徑分布橢圓逐漸減小。
　　(3)葉輪Z軸中間截面靜壓分布與葉輪旋轉(zhuǎn)相位無(wú)明顯相關(guān)性，與葉輪旋轉(zhuǎn)至與蝸殼斷面的相對(duì)位置有關(guān)。
　　(4)隨著流量的增大，葉片壓力面?zhèn)攘鲃?dòng)混亂區(qū)域厚度減小，內(nèi)部漩渦減小，葉片吸力面脫流起始位置逐漸沿葉片扭曲方向移動(dòng)。
　　(5)在某一流量工況下，渦量在葉