微型高速离心泵内空化流动特性的数值研究

【摘要】：传统的低比转速离心泵的能量转换效率一般较低,在流量和扬程一定的条件下,泵的高速化和微型化将是提高泵运行效率的有效方法。随着加工制造技术的进步,微型尺寸的制造加工精度不足导致的效率降低问题可得到较好的解决,但传统离心泵的高速化和微型化并定会对泵的运行可靠性和抗空化能力提出更高的要求。为了认识微型高速离心泵内的空化流动现象,本文将以单级微型高速离心泵作为研究对象,采用CFX计算得到不同空化数下微型高速离心泵内的空化分布规律,分析叶轮内叶片做功能量转换和流体流动受空化的作用。通过叶轮叶表和蜗壳流道内的非稳态压力场的计算,分析了空化流动对压力脉动时域和频域特性的影响。研究结果表明,本文所采用的数值模拟方法还是能够准确地预测微型高速离心泵内的空化流动。随着空化数的逐步降低,离心泵的抗空化性能在一定流量系数范围内随着流量系数的增大而减弱,叶轮流道内叶片吸力侧出现低速流动区和二次回流的流动现象,同时叶片工作面尾缘处的局部高速区向流道内延展；空化流主要降低了叶片前半段的叶表载荷,相反叶片后半段上载荷大小却得到增加；在非空化和空化状态下,叶表和蜗壳内的压力脉动主频分别为叶轮转动频率或者其倍数和叶片通过频率。当离心泵内发生临界空化时,叶位于空泡内部的叶表监测点的压力脉动幅值得到减弱有的甚至降为0,但蜗壳内监测点的幅值均要高于非空化工况。最后,截面内的漩涡在不同时刻下发生强度和位置的变化,是造成蜗壳内压力脉动振幅值增强的主要因素。