固液兩相下導葉式離心泵動靜柵內部流動研究.pdf

1、泵在國民生產(chǎn)的很多領域都起著廣泛的作用，應用于水利、礦山、化工、電力、土建、環(huán)保等工業(yè)部門。在與泵相關領域的研究中，關于泵的穩(wěn)定性以及節(jié)能降噪的研究是重中之重。動靜葉柵是多級泵等高能流體機械做功、擴壓和導流的基本單元，受葉輪出口“射流-尾跡”流動、動葉與靜葉之間的動靜干涉作用的雙重影響，其內部渦流結構很復雜。隨著多級泵向高揚程、寬工況域的方向發(fā)展，對其內部渦激產(chǎn)生的振動、噪音等流體動力學響應也提出了更高的要求。而在含沙水條件下和在偏工況

2、點運行會導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)更高的負載和更大的運行成本，因此探究在固液兩相條件下離心泵在非設計工況下的流動問題，可以為提高流體機械運行的穩(wěn)定性以及高效性研究提供一定參考。本文以大渦模擬和Mixture混合相模型，采用二維數(shù)值計算和三維數(shù)值計算相結合的方法。選擇設計流量為22.85 m3/h的帶導葉的離心泵為計算模型，對不同流量下離心泵進行性能計算，得到離心泵性能特性曲線，并以此為基礎，對不同工況與顆粒粒徑的動靜葉柵內部非定常流動的情況結合動

3、靜干涉作用和固液兩相流動，并以渦量做為參考結合流線以及壓力脈動來描述水力機械內部流動過程。
　　本研究主要內容包括：⑴以商用建模軟件Pro/E為工具對導葉式離心泵進行建模，選用專業(yè) CAE前處理軟件 ANSYS ICEM對導葉式離心泵全流道計算域進行拓撲并劃分為結構化網(wǎng)格；定義了導葉式離心泵數(shù)值計算的一些基本參數(shù)；選用有限體積法離散流動控制方程，并對以ANSYS Fluent進行數(shù)值計算的一些控制條件進行了描述。⑵通過二維、三維數(shù)

4、值計算，發(fā)現(xiàn)二維、三維渦量集中區(qū)域分布相似，清水介質下，二維數(shù)值計算結果可以作為三維數(shù)值計算結果的一個參照，可以借助二維數(shù)值計算結果找出流場流動最為紊亂的地方，然后通過修正三維計算域網(wǎng)格，更加真實的反映出流場的內部流動情況。二維導葉式離心泵數(shù)值模擬結果與三維數(shù)值模擬結果在總體上相似，顆粒分布都主要集中在葉輪葉片工作面，大渦量區(qū)域主要集中在葉輪葉片背面，在動靜葉柵交界處流動最不穩(wěn)定。但二維數(shù)值計算結果相比三維數(shù)值計算結果更加不穩(wěn)定，受到模

5、型的影響，二維數(shù)值計算內渦量分布和顆粒相分布出現(xiàn)更加無序的現(xiàn)象，且在細微的地方會出現(xiàn)與三維數(shù)值計算結果較大的不同。⑶通過對導葉式離心泵動靜葉柵內非設計工況下內部流動分析發(fā)現(xiàn)，在設計工況下動靜葉柵內部壓力脈動周期性最好，脈動最有規(guī)律，在1.0 Q流量下壓力系數(shù)Cp分布域最窄，在1.3Q流量下壓力系數(shù)Cp分布域最寬。對比在不同流量與不同轉速情況下動靜葉柵內壓力脈動分布，發(fā)現(xiàn)在750 rp m轉速下壓力脈動最不穩(wěn)定，相比于不同流量下壓力脈動分

6、布，低轉速情況下壓力脈動劇烈程度要強于小流量情況下壓力脈動劇烈程度。在偏離設計工況與轉速下，動靜葉柵內部流動出現(xiàn)了不同程度的惡化，尤其在偏離設計轉速情況下，動靜葉柵內流動最不穩(wěn)定；此外由于動靜干涉的作用，動靜葉柵交界處出現(xiàn)流動激增的現(xiàn)象；導葉的作用主要是為了使葉輪內的流體更加平穩(wěn)的流入蝸殼，因此在設計工況與設計轉速下導葉內的流動情況要優(yōu)于在葉輪內；但在偏離設計工況與轉速時，導葉無法完全發(fā)揮其引流作用，因此在偏工況下尤其在高轉速條件下部分

7、導葉內流動要比葉輪內的流動更加紊亂。在偏離工況條件下，尤其是在在高轉速條件下，動靜葉柵內大渦量區(qū)域明顯高于在其他轉速條件下渦量區(qū)域，尤其在動靜葉柵交界處最為明顯。在同一轉速不同流量條件下，小流量條件下動靜葉柵內大渦量區(qū)域明顯高于在其他流量情況下。⑷通過分析動靜葉柵內壓力分布、渦量分布、顆粒相體積分數(shù)以及動靜葉柵內壓力脈動，發(fā)現(xiàn)顆粒粒徑對動靜葉柵內流動尤其是導葉內的流動產(chǎn)生了很大的影響。針對不同顆粒粒徑固液兩相流流動對導葉與葉輪進行結構優(yōu)