低比转数离心泵驼峰现象的研究

摘要

低比转数离心泵流量小,扬程高,广泛应用于航空航天、核能核电、石油化工、农业灌溉等领域。低比转数离心泵扬程曲线易出现驼峰现象,使得泵在小流量工况下的运行很不稳定,严重影响了泵系统的可靠性和工作寿命。目前低比转数离心泵驼峰现象的形成机理尚不明确,还不能完全从设计上控制或消除驼峰。因此,对驼峰现象进行深入研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　 在国家自然科学基金(NO:51079062,低比转数离心泵驼峰现象的不稳定流动机理研究)的资助下,本文综合应用理论分析、数值模拟、外特性和内流场试验等方法对低比转数离心泵的驼峰现象进行研究,初步提出了驼峰曲线的控制方程,并分析了引起驼峰现象的内部不稳定流动的机理。本文的主要研究内容分为以下几个部分:
　　 1.比较系统地总结了目前低比转数离心泵驼峰现象的研究现状并展望了其发展趋势,对离心泵的数值模拟和内流测试等研究方法做了总结与分析。
　　 2.通过对离心泵的实际流量扬程曲线及公式进行分析,推导出离心泵流量扬程曲线无驼峰的控制方程。结合对24台低比转数离心泵实验参数和几何参数的统计研究,对控制方程的各项损失系数进行修正,从而得到了低比转数离心泵的无驼峰控制方程。
　　 3.应用上述控制方程,将按常规设计的有驼峰现象两台不同比转数的低比转数离心泵进行了改进,成功消除了流量扬程曲线驼峰现行。对两台泵的每种方案进行了性能试验验证和全流场数值模拟。基于数值模拟结果,分析了离心泵内流场中各种不稳定流动现象及其对驼峰现象的影响。
　　 4.采用透明有机玻璃加工了模型泵一的有驼峰和无驼峰两个方案的叶轮和泵体,并进行了PIV内流测试。应用自编的PIV后处理程序对试验结果进行了分析,得到了泵内叶轮和蜗壳内的速度场分布,并与数值模拟结果进行对比分析,从而进一步验证本文的驼峰控制方程。