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叶片轮廓度偏差对离心泵内部流动及空化性能的影响

张梅  
【摘要】:叶轮是离心泵的核心过流部件,叶片作为构成叶轮的基本单元,对离心泵的性能起着至关重要的作用。叶片的弯曲、扭转等空间特性使得叶片加工困难,往往达不到设计要求,对泵的各方面性能产生影响。本文着眼于叶片加工轮廓度偏差,以一台单级单吸离心泵为研究对象,将叶轮叶片轮廓度正向负向分别偏置1mm,组成三种不同轮廓度离心泵(Ori模型、A1模型、B1模型),研究叶片轮廓度加工偏差对离心泵内外特性及空化性能的影响,主要研究内容和结论如下:首先,以Clark-Y型水翼为研究模型,进行绕水翼空化流场的形态结构模拟,对比分析了RANS和DDES两种湍流模型在模拟空化流动时的适应性。结果表明,两种湍流模型均能较好的计算出空穴在一个周期内的产生-发展-脱落-溃灭四个阶段,DDES模型比RANS模型更适合计算非定常大分离流动现象。其次,采用RNG k-ε湍流模型对上述三种叶片轮廓度离心泵进行无空化定常数值模拟。结果表明,叶片加工轮廓度偏差对离心泵扬程影响较大,对效率影响较小,且正向偏置轮廓度对离心泵扬程有提升作用,负向偏置轮廓度对离心泵扬程有降低作用。相同流量工况下,叶片轮廓度越大,叶轮和蜗壳出口压力越大,高压区域增多,湍流脉动程度越弱,流动相对稳定。叶片上的载荷分布与所处工况有关。额定工况下,叶片轮廓度加工偏差对泵内流动影响较小,偏离设计工况时影响较大。再次,对三种不同叶片轮廓度离心泵进行空化状态定常模拟。结果表明,相比原模型,叶片轮廓度正向偏置后,初生空化点滞后,临界空化点提前,抗空化性能差;轮廓度负向偏置后,初生空化点提前,临界空化点滞后,对发展中的空化流动有一定的抑制作用。叶片轮廓度越薄,能够提高泵的抗空化性能。在离心泵内发生空化的过程中,各流道空化发展进程不一致,每个流道内,空化的发展速度也不一样,使得不同流道内空化状态有明显区别。最后,采用DDES湍流模型对三种叶片轮廓度离心泵进行空化状态非定常模拟。结果表明,严重空化状态时,相比原模型,叶片轮廓度负向偏置后,泵内压力脉动最为强烈,叶片轮廓度正向偏置后,泵内压力波动最为平缓。在叶轮进口处,背面的波动幅度明显小于工作面,而在叶轮出口,背面的波动幅度比工作面强烈。在泵内临界空化点处,压力脉动幅值较大,高频区紊乱,严重空化状态下,高频区域表现较为平稳,压力波动幅度较小。


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