非均匀入流对双吸离心泵内部流动影响的研究

摘要

对离心泵而言，良好的入流是保证整泵水力性能的重要因素，然而在离心泵的实际运行中，往往存在由于安装空间受限而导致的入口管路弯曲、进口回流及预旋等非均匀入流，从而造成了离心泵“设计过程中的均匀入流”和“实际运行中的非均匀入流”之间的矛盾。本文基于双吸离心泵的实际工程应用，分析在入口管路弯曲所引起的入流非均匀情况下的泵内部流动特性，为提高双吸离心泵的实际运行效率与安全稳定性提供借鉴，为促进离心泵工程应用领域的节能降耗开拓新思路。
　　首先，搭建了双吸离心泵压力脉动试验台，对均匀入流条件下的双吸离心泵进行外特性试验，并采用高频动态压力传感器对蜗壳各测点及进、出口管处的压力脉动进行测量与分析；对均匀入流条件下双吸离心泵模型进行数值模拟，内容与试验中保持一致，对比分析模拟计算结果与试验结果发现：（1）该双吸离心泵试验与数值模拟得到的外特性趋势一致；（2）蜗壳内压力脉动主频为叶频，且在隔舌处的压力脉动最为强烈；（3）在小流量工况下，试验中出现了主频为2.6倍叶频的压力脉动。模拟计算结果与试验结果基本一致，在此基础上，对双吸离心泵进行非均匀入流下内部流动的数值模拟研究。
　　其次，对水平及竖直弯管两种非均匀入流管路进行建模，对非均匀入流下的双吸离心泵进行定常计算，主要对进口法兰处的流动非均匀性、外特性、叶轮内部及进出口截面的流动进行分析，研究结果表明：（1）双吸离心泵在非均匀入流管路下运行时，泵扬程及效率均下降，水平弯管对泵性能的影响高于竖直弯管；（2）双吸离心泵非均匀入流对叶轮进、出口截面的流速、静压和湍动能分布产生了较大影响；（3）水平弯管入流下，扬程及效率最大下降幅值分别为0.48m和1.02％；（4）在水平弯管入流时，双吸离心泵两侧叶轮入流流量存在差异，这种差异在叶轮内部只出现在部分流道；在设计工况下，双吸叶轮两侧流量的不均匀性使叶轮产生了大小为50.2N的轴向力。
　　最后，对非均匀入流条件下的双吸离心泵进行非定常计算，分别对蜗壳内压力脉动及轴向力进行分析，研究结果表明：（1）泵非均匀入流主要引起轴频压力脉动的大幅上升，并伴随叶频压力脉动的小幅上升，在隔舌位置的压力脉动幅值上升最大；（2）叶轮两侧入流的流量差异并不会引起叶轮两侧压力脉动的较大变化。（3）非均匀入流会严重改变叶轮轴向力的分布规律，并导致轴向力脉动幅值大幅增加。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本文的主要研究内容

2 试验及数值方法介绍

2.1试验装置及方法简介

2.2数值模拟简介

2.3本章小结

3 双吸离心泵试验测试及结果分析

3.1双吸离心泵外特性试验结果分析

3.2双吸离心泵压力脉动分析

3.3本章小结

4.1几何模型

4.2网格划分

4.3求解设置

4.4双吸离心泵内部流动数值模拟

4.5不同流量工况下流场内压力脉动分析

4.6本章小结

5.1本章的研究基础

5.2非均匀入流管路模型参数介绍

5.3非均匀入流条件下内部流动特性分析

5.4非均匀入流在设计工况下的非定常结果分析

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1主要研究结论

6.2研究展望

致谢

参考文献