潛水軸流泵特性試驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、軸流泵流量大、揚程低，廣泛應用于農(nóng)田灌溉、大中型泵站、工業(yè)用水等多個領(lǐng)域。潛水軸流泵不僅具有普通軸流泵的特點，而且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。我國已研制出許多成熟的優(yōu)秀軸流泵水力模型，但其中同步轉(zhuǎn)速達到3000 r/min,比轉(zhuǎn)速偏低的較少，因此需要對其進行研發(fā)。針對這個情況，本文從設(shè)計方法出發(fā)，探討提高轉(zhuǎn)速后，現(xiàn)有軸流泵葉輪設(shè)計方法的適用性，并通過試驗測試和數(shù)值模擬兩種方法深入研究較高轉(zhuǎn)速潛水軸流泵的性能特點及內(nèi)部流場特性，為研發(fā)高性能軸流泵

2、水力模型提供依據(jù)。
　　 本文的主要研究工作及結(jié)論如下：
　　 1.自行研制轉(zhuǎn)速2900 r/min,比轉(zhuǎn)速550的軸流式模型泵：分別采用升力系數(shù)法和圓弧法設(shè)計模型泵葉輪，將葉輪輪轂設(shè)計成錐形，采用流線法設(shè)計導葉。
　　 2.利用Pro/E、ICEM分別對泵流道進行三維實體造型和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，基于CFX，應用標準k-ε湍流模型，分別對兩種方法設(shè)計的模型泵進行內(nèi)部流場數(shù)值模擬，得到最優(yōu)工況性能參數(shù)。即升力系數(shù)法：

3、流量79 m3/h，揚程3.82 m，效率73.57％；圓弧法：流量90 m3/h，揚程4.55 m，效率83.11％。結(jié)果表明：采用圓弧法設(shè)計的模型泵性能相對較好。
　　 3.對采用圓弧法設(shè)計的模型泵完成樣機試制并進行性能試驗研究。試驗得到其最優(yōu)工況性能：流量91.53 m3/h，揚程4.36 m，效率82.14％，基本與設(shè)計工況吻合；對比分析試驗與數(shù)值模擬結(jié)果，在設(shè)計工況下，流量相對誤差為-1.67％，揚程相對誤差為4.36

4、％，效率相對誤差為1.18％。這表明，在潛水軸流泵性能預測方面，標準k-ε湍流模型數(shù)值模擬己達到一定的準確度。
　　 4.對模型泵進行變轉(zhuǎn)速和變?nèi)~片厚度性能試驗。結(jié)果表明：1）隨著轉(zhuǎn)速增加，軸流泵揚程、軸功率變化較大，最優(yōu)工況點向大流量偏移，但最高效率值變化相對較小，這表明軸流泵適合采用變轉(zhuǎn)速方法進行運行工況及性能調(diào)節(jié)；2）在設(shè)計工況和大流量工況下，薄葉片泵性能較優(yōu)；在小流量工況下，厚葉片泵性能較優(yōu)。這表明，當泵運行在設(shè)計工況附

5、近，在滿足強度要求的條件下，葉片越薄泵性能越好。
　　 5.對模型泵變轉(zhuǎn)速及變?nèi)~片厚度流場進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:1）在同一流量工況下，葉片表面壓力隨轉(zhuǎn)速的增大而升高，轉(zhuǎn)速越大，壓力等值線越稀疏；2）在設(shè)計工況和大流量工況下，厚葉片進出口區(qū)域壓力等值線密集，壓力梯度大，流動紊亂，液流撞擊嚴重，水力損失較大；在小流量工況下，葉片表面壓力等值線相對密集，背面壓力等值線發(fā)生扭曲，出口產(chǎn)生回流及二次流，厚葉片的變化更劇烈；3）數(shù)值模擬內(nèi)