自吸離心泵氣液兩相流動(dòng)的可視化研究.pdf

1、自吸離心泵的自吸過(guò)程涉及氣液兩相流，其自吸過(guò)程異常復(fù)雜，由于影響自吸離心泵自吸性能的關(guān)鍵問(wèn)題尚未解決，還未形成完善的自吸離心泵自吸流動(dòng)機(jī)理，我國(guó)自吸離心泵設(shè)計(jì)基本上仍停留在半經(jīng)驗(yàn)半理論階段。對(duì)于自吸過(guò)程，即氣液吸入、氣液混合、氣液分離、氣體排出和液體回流等循環(huán)過(guò)程的研究，是研究泵自吸性能的重要手段。尤其是葉輪、蝸殼內(nèi)氣液混合的充分程度，氣液分離室內(nèi)氣液分離的效率，直接影響著氣體的排出速率，進(jìn)而影響自吸性能。
　　本文通過(guò)泵自吸過(guò)程

2、內(nèi)流特性與自吸性能外特性協(xié)同試驗(yàn)系統(tǒng)的建立，詳細(xì)研究了氣液混合及氣液分離等過(guò)程，初步闡述了自吸過(guò)程中氣液兩相形態(tài)變化規(guī)律，為研究泵自吸機(jī)理提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。本文主要研究工作及研究成果如下:
　　1.參考65ZB-40C型外混式自吸離心泵，設(shè)計(jì)了一臺(tái)可視化模型泵。測(cè)試了在1800r/min轉(zhuǎn)速下泵水力性能及自吸性能。搭建了自吸模型泵穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)PIV試驗(yàn)臺(tái)。對(duì)0.5Q、Q、1.5Q流量工況下的自吸模型泵內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了PIV試驗(yàn)研究，得到了不

3、同工況下的速度矢量分布。
　　2.建立泵自吸過(guò)程內(nèi)、外特性協(xié)同測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)自吸模型泵的進(jìn)口、出口壓力，進(jìn)口、出口流量、轉(zhuǎn)速進(jìn)行了實(shí)時(shí)采集及分析，將自吸過(guò)程分為:自吸啟動(dòng)過(guò)程，自吸穩(wěn)定過(guò)程，自吸突變過(guò)程，正常輸水過(guò)程。其中，自吸穩(wěn)定過(guò)程的時(shí)間最長(zhǎng)，影響著自吸時(shí)間的長(zhǎng)短。采用高速攝影系統(tǒng)對(duì)自吸過(guò)程中氣液兩相的流動(dòng)特性進(jìn)行了同步拍攝，結(jié)合動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了內(nèi)部氣液兩相的形態(tài)變化。研究分析可得，自吸穩(wěn)定過(guò)程中，葉輪外緣形成較為穩(wěn)定的圓

4、環(huán)狀氣液混合物層，且大部分氣泡直徑分布范圍較小，說(shuō)明此過(guò)程是一個(gè)瞬態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定過(guò)程。擴(kuò)散段處出現(xiàn)了周期性的泡狀流漩渦，其氣泡群中一部分氣泡處于停滯回旋狀態(tài)，一部分氣泡隨液流連續(xù)排出。停止回旋氣泡在擴(kuò)散段出口一直處于聚并與破碎狀態(tài)，不利于氣泡的及時(shí)排出，對(duì)自吸性能有不良的影響。
　　3.將試驗(yàn)所得自吸過(guò)程中出口壓力及葉輪轉(zhuǎn)速擬合曲線加載入Fluent軟件中的UDF，作為自定義邊界條件，模擬了自吸過(guò)程中氣液兩相形態(tài)變化現(xiàn)象。研究分析了

5、泵自吸過(guò)程中速度、壓力及含氣率等參數(shù)的變化，并與高速攝影圖像進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，在自吸啟動(dòng)過(guò)程，由于葉輪內(nèi)未形成穩(wěn)定的壓差，各監(jiān)測(cè)面處的含氣率、氣液相速度、壓力處于波動(dòng)過(guò)程。在自吸穩(wěn)定過(guò)程，葉輪外緣及蝸殼處形成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的氣液混合層，在葉輪進(jìn)口處形成氣相空穴。在自吸突變過(guò)程，葉輪進(jìn)口的氣相空穴逐漸消失，葉輪內(nèi)的氣液混合層逐漸擴(kuò)大，葉輪外緣的氣液兩相流動(dòng)逐漸變?yōu)橐合嗟膯蜗嗔鲃?dòng)，流動(dòng)逐漸趨于穩(wěn)定。而在氣液分離室內(nèi)，由于流量的逐漸增加，回流