多級離心泵內(nèi)部非定常流動及脈動特性分析.pdf

1、多級離心泵的效率高、揚程大，被廣泛地應用于城市給水、森林消防、農(nóng)田灌溉、石油化工等國民經(jīng)濟重要領域。多級離心泵一般裝有兩個以上串聯(lián)的葉輪，結構較復雜。旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的交變激勵力極易造成泵過流部件疲勞失效，同時誘發(fā)的振動也會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響。一般來說，葉輪—導葉間的動靜干涉、旋轉(zhuǎn)失速和空化等不穩(wěn)定流動是造成離心泵內(nèi)振動和噪聲的主要原因，本文研究的重點是多級離心泵內(nèi)三維非定常流動及其誘發(fā)的脈動特性。
　　本文以額定流量不同

2、的兩臺多級離心泵為研究對象，應用ANSYS CFX軟件對兩泵的前兩級流道在不同工況條件下進行三維定常和非定常數(shù)值計算，詳細分析其內(nèi)部流動情況、空化特性以及壓力脈動特性，并對兩泵進行對比分析。主要研究內(nèi)容和結論如下:
　　1.多級泵內(nèi)定常流動分析
　　主要內(nèi)容:利用ANSYS CFX軟件，采用SIMPLEC算法和標準k-ε湍流模型，對兩多級離心泵全流道內(nèi)流場進行三維定常數(shù)值模擬，得到了兩泵的外特性曲線并與實驗結果進行對比，并且

3、初步分析了兩多級泵內(nèi)的流動特性。
　　主要結論:數(shù)值計算得到的揚程和效率值均略優(yōu)于實驗值，兩者相對誤差小于6％，驗證了數(shù)值模擬的可靠性;首級導葉具有良好的導流作用，為下一級葉輪進口提供了高質(zhì)量的速度入流;由于葉輪和導葉的劇烈動靜干涉作用，導致該處流動紊亂十分劇烈，出現(xiàn)靜壓分布不均和湍動能值過大等現(xiàn)象。在小流量工況下尤為明顯，小泵整體流動情況較大泵更優(yōu)。
　　2.多級泵內(nèi)非定常流動分析
　　主要內(nèi)容:選用RNGk-ε湍流

4、模型對兩多級離心泵內(nèi)前兩級流動進行三維非定常數(shù)值計算，獲得了兩泵在不同時刻的靜壓強分布，并對兩泵做了對比;同時分析了在小流量工況下兩泵的旋轉(zhuǎn)失速特性，初步的揭示兩泵內(nèi)部非定常流動特性;此外，在兩多級泵內(nèi)關鍵位置處布置壓力測點，重點對監(jiān)測點在不同流量工況下壓力脈動的時域和頻域特性作了深入對比分析。
　　主要結論:由于葉輪葉片厚度的影響，導致兩多級泵在葉輪出口處出現(xiàn)射流(一)尾跡結構;小流量工況下，不同時刻各流道內(nèi)流動結構差異顯著，捕

5、捉到了葉輪流道內(nèi)旋轉(zhuǎn)失速的變化過程;首級導葉的存在是導致次級葉輪入口截面上不均勻流動狀態(tài)的關鍵因素;在每級葉輪的出口與導葉進口聯(lián)結處均存在著劇烈的動靜耦合作用;盡管泵內(nèi)流道的整體幾何形狀復雜，葉片通過頻率仍支配著該兩級泵內(nèi)全流道的特征壓力脈動，而導葉葉片數(shù)對壓力脈動特征的影響較弱;葉輪內(nèi)與葉頻相對應的壓力脈動幅值自葉輪進口到葉輪出口逐漸增大，且在葉輪出口處達到極大值，導葉中的相應變化規(guī)律則與之相反;偏離最優(yōu)流量工況，葉頻仍占據(jù)統(tǒng)治地位，

6、但整個流道內(nèi)的壓力脈動幅值增大，該趨勢在小流量工況下尤為明顯。
　　3.多級泵內(nèi)空化性能分析
　　主要內(nèi)容:基于Rayleigh-Plesset汽蝕模型和SIMPLEC算法對兩多級離心泵首級葉輪導葉全流道進行了汽蝕數(shù)值模擬，得到了不同汽蝕余量下的葉輪葉片附近空化相體積分布和壓力分布圖;對標準流量工況下首級葉輪進行了完整的數(shù)值計算，清楚地觀察到了葉輪葉片附近從無汽蝕、汽蝕初生到汽蝕發(fā)展的一系列變化過程，計算得到了兩泵的臨界汽蝕