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基于叶轮设计的IS65型离心泵空化性能改进的研究

李辉  
【摘要】:对于以液体为工作介质的离心泵来讲,空化是影响其正常运行的一种有害物理现象,而水泵空化性能的优劣又与叶轮的设计情况息息相关。本文运用流体力学相关知识,理论分析IS65型叶轮的水力性能,计算叶轮运转过程中,其内部流场中介质压力和流速的分布函数,找出引起介质空化的原因;指出IS65型叶轮中三圆弧柱面型叶片,存在不同相对运动流面出现相交的设计缺陷,这一缺陷导致叶轮运转时其流场内液态介质出现压力和流速波动,引起介质发生空化。 在进行理论分析后,对安装IS65型叶轮的离心泵,进行额定流量工况下的整机数值模拟,采用Gambit软件对离心泵整机建立网格模型,再将建好的网格模型导入Fluent软件进行仿真模拟。仿真结果显示,叶轮流场中的最低绝对压力和最高绝对压力在模拟过程中,随时间变化多次出现振幅较大的压力脉动,其中最低绝对压力脉动时,其值都发生大幅度的减少,低于水介质的空化压力,诱使水介质发生空化,从液态变成汽态。因此,空化的发生与介质压力脉动有关,印证前面关于空化原因的理论分析。 根据对安装IS65型叶轮离心泵出现空化的原因分析情况,采用以S2m流面为基础的三维设计法与速度系数法相结合的技术路线,保留叶轮的一些原设计参数,对IS65型叶轮进行反问题改进设计,主要改进叶片型线设计。对新设计出的叶片,分析其运转过程中,其内部流场中介质压力和流速参数的分布特性,根据流场中压力和流速的分布情况,判断新设计叶轮能够满足水泵使用性能要求。 对新叶片进行理论分析之后,用Gambit软件对安装新叶轮的离心泵建立整机网格模型;再将水泵网格模型导入Fluent软件,进行额定流量工况下的整机数值模拟。模拟结果显示,新设计叶轮能够满足水泵的使用性能要求,叶轮流场中最低绝对压力和最高绝对压力随时间变化趋势比较平稳,没有出现振幅较大的压力脉动,在这样的压力场中水介质不易发生空化,水泵空化性能得到改善。 最后,对全文的研究情况进行总结,指出分析计算过程中存在的不足之处,并对今后需要进一步开展研究的工作进行展望。


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