叶片数对诱导轮内部流动和空化特性的影响

摘要

诱导轮是一种轴流式叶轮，经过螺旋叶片的旋转做功，使出口流体的能量增加，同时对流体起到一个预旋作用，能够使后置叶轮具有更好的抗空化能力。诱导轮的叶片数是影响其性能的主要几何结构参数之一。因此，本文针对不同叶片数的诱导轮开展数值模拟和实验研究，以二叶片和三叶片诱导轮为研究对象，对比分析了两种叶片数诱导轮的水力性能、内部流场、空化性能和空化空泡分布，揭示叶片数对其内部流动和空化特性的影响规律。主要内容如下:
　　(1)运用UG软件建立了诱导轮全流场三维模型，流体域包括进口段、诱导轮段、腔体和出口段四个部分。采用ICEM软件划分网格，基于SST k-ω湍流模型和空化混合模型对诱导轮全流场进行数值模拟计算。
　　(2)在非空化条件下，对两种叶片数诱导轮内部流场进行了数值模拟，对比分析了叶片数对诱导轮水力性能的影响，发现二叶片诱导轮的扬程稍高于三叶片诱导轮。同时分析了诱导轮沿轴向的压力分布、叶片上压力分布和内部流线分布，发现诱导轮压力沿着叶片螺旋方向逐渐增大，在诱导轮叶片前缘存在低压区，二叶片诱导轮前缘低压区范围大于三叶片诱导轮。
　　(3)在空化条件下，对两种叶片数诱导轮内部空化流动进行了数值模拟计算，对比分析了设计工况下两种叶片数诱导轮的空化性能曲线，发现三叶片诱导轮的抗空化性能优于二叶片诱导轮。分析了不同汽蚀余量下诱导轮的空泡体积分数分布，发现空化主要发生在锁紧螺母和叶片前缘位置。进一步重点分析了临界汽蚀余量时诱导轮内部的压力分布、流线分布和压力脉动。
　　(4)对两种叶片数的诱导轮开展了扬程性能实验，与数值模拟结果对比验证了数值模拟方法的准确性。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 空化理论研究

1．2．2 空化数值模拟研究现状

1．2．3 实验研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 诱导轮的数值计算方法

2．1 诱导轮的几何参数和几何建模

2．2 网格划分

2．3 数值模拟计算方法

2．3．1 流体动力学基本方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 空化方程

2．3．4 边界条件设置

2．4 网格无关性验证

2．5 本章小结

第三章 不同叶片数诱导轮的非空化计算和实验验证

3．1 不同叶片数对诱导轮扬程的影响

3．2 不同叶片数对诱导轮内部流动的影响

3．2．1 诱导轮表面总压分布

3．2．2 诱导轮子午面静压和速度分布

3．2．3 诱导轮叶片压力分布

3．3 诱导轮的扬程性能实验和数值模拟结果对比

3．3．1 实验装置系统

3．3．2 实验结果与模拟结果对比

3．4 本章小结

第四章 不同叶片数诱导轮内部空化流动的数值计算

4．1 空化性能曲线的分析

4．2 诱导轮内空泡位置和体积分数

4．2．1 诱导轮内空泡分布

4．2．2 诱导轮沿轴向空泡体积分数

4．2．3 诱导轮空泡云图

4．3 诱导轮内压力分布

4．3．1 诱导轮沿轴向压力分布

4．3．2 诱导轮叶片压力分布

4．3．3 腔体压力和速度流线分布

4．4 叶片数对空化演变过程的影响

4．4．1 不同时刻诱导轮轴面静压分布

4．4．2 诱导轮内的压力脉动

4．5 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间研究成果

致谢