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径向叶片式超小型泵内部流动分析及设计优化

李映男  
【摘要】:随着人类社会的发展与技术的进步,超小型泵在各个领域都得到了广泛的应用。本文对具有径向叶片式开式叶轮的超小型泵进行了研究,为未来超小型泵的应用拓展奠定基础。 本文通过性能试验、PIV试验及数值计算的方法考察了径向叶片和弯曲叶片叶轮的超小型泵外特性和内部流动情况,得到如下结论:1)通过对比发现轴面流道相同的径向叶片式超小型泵的扬程高于弯曲叶片式超小型泵,而效率略低于弯曲叶片式超小型泵;在大流量工况时,径向叶片式超小型泵表现出比弯曲叶片式超小型泵更好的能量特性。因此,从总体的水力特性看,径向叶片式超小型泵具有不逊于弯曲叶片超小型泵的水力性能,并且能在较大范围内保持较高的水力效率。2)弯曲叶片式超小型泵的压力从进口到出口均匀增加,但径向叶片式超小型泵的压力在流道中段压力增加较小,但在叶片后半段压力迅速增加。从叶片压力面与吸力面的压力差来看,弯曲叶片沿叶片长度方向上压力差变化不大,但径向叶片式超小型泵在叶片进口和出口处的压力差较大,而在叶片中段压力差较小。3)PIV实验和数值计算的结果均表明径向叶片式超小型泵叶轮内流动具有较强的非均匀性,在叶片出口附近产生了漩涡、回流等现象。虽然径向叶片式超小型泵的流动均匀性不如弯曲叶片式超小型泵,但泵流道内的湍动能较大,有利于提高叶轮的做功能力。4)实验和数值计算均表明吸入管和蜗壳的结构对超小型泵的水力性能和内部流动有明显的影响。 本文通过数值模拟的方法,研究了叶尖间隙、叶轮轴面流道形状、长短叶片等因素对径向叶片式超小型泵水力性能的影响。计算结果表明,径向叶片式超小型泵的水力性能受叶尖间隙的影响主要表现在扬程系数略有下降、出口速度分布发生一定变化,等;过流面积单调增加的叶轮在最优工况处具有较高的效率和扬程,但最优工况点的流量较小。此外,计算结果表明叶片进口的过流面积对超小型泵的水力性能有明显的影响;长短叶片设计对超小型泵的水力性能影响不大,但对进口处的流动情况有明显的影响。


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