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低比转速叶轮无脱流条件研究

曹树森  
【摘要】:低比转速离心泵高扬程、低流量的特征决定了其具有某些与其它离心泵不同的特殊性。因为其叶轮半径必须比较大,因而叶轮的机械损失较大。低比转速泵的高扬程决定了叶片流道内逆压梯度比较高,这种压力分布使得水流易于在叶片表面脱流分离,这一现象甚至在泵的设计点也难以避免。另外,低比转速泵的最大输入功率与设计点轴功率之比可以达到1.6以上,这一比值远比其它离心泵对应值高,结果造成原动机频频过载失效。 低比转速离心泵广泛使用圆柱形叶片,圆柱形叶片的型线对动力性能有非常关键的影响。由于低比转速叶轮内逆压梯度很高,因而叶片表面脱流的可能性较大,所以有必要寻求和比较不同类型的叶片型线以寻求能够有效防止叶片脱流的产生和发展的最佳的叶片型线。另外,叶片数关系到叶片流道之间的扩散程度,因而存在着每种型线的最合理的叶片数来有效地防止脱流的产生和发展。同时又使叶片表面面积之和最小,以减小摩擦损失。 针对低比转速叶轮的特殊性和改进其效率指标很低的要求,尤其针对低比转速叶轮内过高的逆压梯度引起的频繁的表面脱流,本课题对三种不同的叶片型线的同一叶轮过流通道的水流运动规律进行解析。从流体动力学理论基础出发,对每种型线用三种不同的叶片数进行设计。用Fluent软件对各种不同叶轮进行数值模拟计算。计算以N-S方程为基础,采用现实k-ε湍流模型,对叶轮流场的相对速度矢量、压力分布进行了分析比较,分析了避免脱流的最有利的叶片型线、叶片数的最佳配合。经过分析比较本文得出叶片型线、叶片数对脱流影响的结论,可作为企业设计参考的依据。


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