串列叶片叶轮双吸离心泵内部流动数值研究

摘要

双吸离心杂由于其流量大、扬程高，在工厂、矿山、城市给水、电站、农田排灌等多个领域均有非常广泛的应用。而目前大部分双吸泵在运行中存在漩涡、振动等问题，这些不足严重影响了双吸泵的实际运行可靠性。叶轮是双吸离心泵的核心部件，其内部流动性能在很大程度上决定了整台泵的水力性能，因此开展叶轮内部流动的特性研究，对于提高叶轮及整台泵的性能具有重要意义。
　　本文对某7叶片低比转速双吸泵不同流量工况下内部流场进行了数值计算。对计算结果进行分析后得到，在小流量工况下叶轮内部回流、漩涡及“射流-尾迹”现象严重，双吸泵的效率降低，流量-扬程曲线出现驼峰。为了解决上述问题，在原叶轮的基础上采用串列叶片技术，探讨串列叶片不同的结构参数对双吸泵性能的影响，并将串列叶片叶轮与原型叶轮进行对比分析。最后对原型叶轮与三种叶片交错角度的串列叶片叶轮进行非定常计算，分析了叶轮和蜗壳内部的压力脉动情况。
　　研究结果表明：对于串列叶片双吸泵，随着相对长度因子ι的减小，后列叶片头部撞击损失减小，效率增大，扬程减小；随着周向位置θ的增大，扬程降低，θ=12°时效率较高；随着叶片交错角度Ψ，的增大，效率、扬程均有所增加。最终选择ι=0.2、θ=12°、Ψ=25.72°作为新叶轮的结构参数。与原叶轮相比，新叶轮扬程下降了2～5米，但内部流态较好，效率提升了2％左右，流量一扬程曲线没有驼峰现象。最后通过对比四种叶轮双吸泵的压力脉动特性，发现叶轮与蜗壳的动静干涉是引起双吸泵压力脉动的主要因素。与原型叶轮相比，串列叶轮压力脉动幅值较小，而采片交错叶片布置的串列叶轮压力脉动幅值最小，说明采用串列叶片能够减轻双吸泵压力脉动，而进一步采取交错叶片布置更能大幅度降低压力脉动幅值。

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1绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2 离心泵内部流动研究现状

1.3本文主要的研究内容

2水力机械内部流动数值计算基本理论

2.1基本控制方程

2.2湍流数值模拟方法

2.3湍流模型

2.4控制方程的离散

2.5网格介绍

3双吸泵内部三维定常流动数值计算

3.1双吸泵几何模型的建立

3.2双吸泵计算网格的划分

3.3求解设置

3.4数值计算结果与分析

3.5本章小结

4串列叶片双吸泵内部三维定常流动数值计算

4.1串列叶片叶轮模型结构、网格及求解设置

4.2不同相对长度因子的串列叶片叶轮定常流动分析

4.3不同周向位置串列叶片叶轮定常流动分析

4.4不同叶片交错角度的串列叶片叶轮定常流动分析

4.5交错叶片形式的串列叶片叶轮与原型叶轮双吸泵的性能对比

4.6本章小结

5设计工况下不同叶轮形式的双吸泵非定常流动数值计算

5.1叶轮方案和求解设置

5.2双吸泵叶轮非定常流场分析

5.3双吸泵压力脉动分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献