小流量工况下离心泵空化流动特性数值模拟研究

【摘要】：空化是水泵在正常运行过程中普遍发生的现象,由空化流动引起的空蚀、振动和噪声等问题严重制约着我国水泵行业的发展。因此,深入研究空化问题以找到预测和抑制空化现象的有效方法,对水泵维持高效、稳定运行具有重要意义。本文以一中比转速离心泵为主要研究对象,采用试验和数值模拟相结合的方法,对空化、非空化以及含沙工况下离心泵内部流动情况进行了数值计算。本文考虑到离心泵旋转及其几何结构对空化流动的影响,对传统ZGB质量输运空化模型进行了改进;同时,针对RNG k-ε湍流模型对两相流动区域湍流粘性系数估计过高的缺陷,修正了其湍流粘性系数。利用改进的空化模型和湍流模型,对0.8Qd流量工况条件下的离心泵进行了数值模拟,离心泵外特性的数值计算结果与实验测量结果吻合较好,从而验证了计算模型的准确性。采用修正的RNG k-ε湍流模型和改进的ZGB质量输运空化模型对0.8Qd流量下离心泵对应非空化工况以及三种空化数(NPSAHa=1.59m、1.21m、0.99m)工况下非定常流动进行了数值模拟,分析了不同空化数条件下离心泵叶轮内的流线分布、空泡形态,并结合其压力脉动特性,阐明了空泡演化过程及脱落机理。同时对比空化和含沙工况下离心泵内部流动的整体变化趋势和运动规律,分析固相沙粒对空化流动的影响。