低揚(yáng)程潛水貫流泵裝置三維流動(dòng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、潛水貫流泵是一種低揚(yáng)程大流量臥式泵型，采用機(jī)泵同軸后燈泡式結(jié)構(gòu)，適用于大流量、低揚(yáng)程的灌溉或排澇泵站。由于其優(yōu)良的水力性能、緊湊的結(jié)構(gòu)形式、良好的抗噪性和低廉的運(yùn)行費(fèi)用，泰州馬甸泵站在重建時(shí)選用潛水貫流泵方案。馬甸泵站的設(shè)計(jì)流量為60m3/s，單機(jī)流量12m3/s，灌溉設(shè)計(jì)揚(yáng)程1.17m，引水揚(yáng)程2.5m，葉輪直徑2m。目前對(duì)于潛水貫流泵裝置進(jìn)行全流道三維數(shù)值模擬和分析其過流部件的水力性能和壓力脈動(dòng)的研究見刊較少。本文以數(shù)值模擬為研究方

2、法，以馬甸泵站為工程背景，借助商用CFD軟件，研究潛水貫流泵裝置內(nèi)部定常流動(dòng)特性和非定常流動(dòng)下壓力脈動(dòng)特性。
　　通過對(duì)潛水貫流泵裝置進(jìn)行三維定常模擬，并分析三個(gè)特征工況下潛水貫流泵裝置各過流部件的內(nèi)部流動(dòng)特性，所得結(jié)果如下:
　　(1)進(jìn)水流道縱向結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性會(huì)影響進(jìn)水流道出口的水流流態(tài)。特別在小流量工況時(shí)，這種結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱會(huì)造成進(jìn)水流道進(jìn)口處流速分布不均。進(jìn)水流道出口處軸向速度分布均勻度隨著流量的增加而增大，進(jìn)水流道

3、的水力損失與流量二次方成正相關(guān)關(guān)系。在設(shè)計(jì)工況下，進(jìn)水流道出口的軸向速度分布均勻度為90％，能為葉輪室提供較好的流態(tài)。
　　(2)葉片壓力面上的靜壓值大于吸力面上的靜壓值，葉片吸力面的進(jìn)口邊的靜壓值較低，在偏工況下，容易發(fā)生汽蝕。大流量工況下，葉輪內(nèi)脫流現(xiàn)象會(huì)先在輪轂處出現(xiàn)，后隨流量的增大向輪緣處發(fā)展。
　　(3)小流量工況下，導(dǎo)葉體內(nèi)存在大范圍的漩渦，影響泵裝置水力性能。導(dǎo)葉對(duì)能量回收效果較好的Q/QD范圍在1.000～1

4、.037之間，設(shè)計(jì)工況時(shí)導(dǎo)葉能量回收效果較好。
　　(4)出水燈泡段有調(diào)整和約束從導(dǎo)葉流出的水流作用。出水段水力損失最小值的Q/QD范圍為1.000～1.037，出水段的水力損失與泵裝置運(yùn)行工況相關(guān)，在設(shè)計(jì)工況時(shí)，出水段的水力性能較優(yōu)。
　　(5) CFD對(duì)泵裝置水力性能的預(yù)測(cè)與模型試驗(yàn)所得趨勢(shì)基本一致，試驗(yàn)與CFD預(yù)測(cè)的高效區(qū)的范圍基本吻合。
　　在三個(gè)特征工況下對(duì)潛水貫流泵裝置進(jìn)行三維非定常模擬，分析了各過流部件的

5、壓力脈動(dòng)，其結(jié)果如下:
　　(1)設(shè)計(jì)工況下，進(jìn)水流道內(nèi)部脈動(dòng)主頻主要為低頻脈動(dòng);小流量工況和大流量工況，進(jìn)水流道內(nèi)部脈動(dòng)主頻為高頻脈動(dòng)。大流量工況下，進(jìn)水流道內(nèi)部流動(dòng)受到葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的影響較顯著。
　　(2)葉輪進(jìn)口壓力脈動(dòng)的主頻均為葉頻，此處水流的流態(tài)受到葉輪旋轉(zhuǎn)的影響。設(shè)計(jì)工況時(shí)，脈動(dòng)主頻對(duì)應(yīng)幅值最小，葉輪進(jìn)口處具有更優(yōu)的流態(tài)。
　　(3)各個(gè)工況下，葉輪出口斷面的壓力脈動(dòng)幅值在輪轂和輪緣處較小。設(shè)計(jì)工況下，葉輪出口

6、斷面輪轂處的水流環(huán)量較小，受葉輪旋轉(zhuǎn)影響較小。大流量工況下，導(dǎo)葉對(duì)水流環(huán)量的回收有限，葉輪內(nèi)存在脫流及回流，使得葉輪出口斷面壓力脈動(dòng)復(fù)雜而混亂。
　　(4)小流量工況下導(dǎo)葉出口斷面近壁區(qū)的水流流動(dòng)較穩(wěn)定，其它區(qū)域的水流流態(tài)較差。大流量工況下，導(dǎo)葉出口斷面的大部分區(qū)域的脈動(dòng)主頻仍受到葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，導(dǎo)葉對(duì)水流的環(huán)量回收效果較差。
　　(5)偏設(shè)計(jì)工況時(shí)出水流道內(nèi)的水流的壓力脈動(dòng)較為強(qiáng)烈，導(dǎo)葉對(duì)水流環(huán)量回收較差，對(duì)出水段內(nèi)的水流