貫流泵內(nèi)部流動的數(shù)值模擬與三維LDV測量研究.pdf

1、貫流泵是南水北調(diào)東線工程中低揚(yáng)程、大流量泵站的優(yōu)選泵型，特別是適用于大型泵站的燈泡貫流泵型式，成為近年來南水北調(diào)泵裝置研究的熱點(diǎn)。目前對于不同型式燈泡貫流泵裝置進(jìn)行全流道數(shù)值模擬和針對燈泡貫流泵的過流部件單獨(dú)進(jìn)行模擬分析的研究相對較少。本文采用數(shù)值模擬、模型試驗和流場測試的方法對不同型式的燈泡貫流泵裝置進(jìn)行了全面的研究，主要有以下幾個方面：
　　 對不同紊流模型及其應(yīng)用范圍進(jìn)行了比較，針對貫流泵內(nèi)部流動的特點(diǎn)，確定其內(nèi)部流動模擬

2、采用考慮分離流動和渦旋效應(yīng)的RNG k-ε紊流模型對貫流泵內(nèi)部流動進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　 分析了不同工況下后置燈泡貫流泵裝置和前置燈泡貫流泵裝置內(nèi)的流動狀況，并計算了兩者的外特性，性能曲線比較結(jié)果表明：本文所研究的前、后置燈泡貫流泵裝置的高效點(diǎn)出現(xiàn)在同一個流量點(diǎn)，后置的裝置效率比前置高一個百分點(diǎn)左右，但在非設(shè)計工況兩者的效率最大相差達(dá)5％左右，且后置燈泡貫流泵裝置的高效區(qū)要比前置燈泡貫流泵裝置的高效區(qū)寬。
　　 通過計算后

3、置燈泡貫流泵裝置各部分的水力損失，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉體和燈泡段在水力損失中所占的比重比較大，針對這一情況重點(diǎn)研究了導(dǎo)葉的設(shè)計參數(shù)、進(jìn)人孔和燈泡體形狀以及燈泡體支撐形式對裝置性能的影響，采用CFD技術(shù)對導(dǎo)葉和燈泡段過流部件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：導(dǎo)葉設(shè)計中的主要幾何參數(shù)如導(dǎo)葉體長度、導(dǎo)葉輪轂單邊擴(kuò)散角以及導(dǎo)葉體內(nèi)水流當(dāng)量擴(kuò)散角等都對裝置性能有影響，要根據(jù)實際情況合理選擇其參數(shù)值；對于確定葉片形狀和基本尺寸的導(dǎo)葉體，其葉片稠密度會影響整個泵裝置的水力性

4、能。葉片數(shù)過少，稠密度過小就會影響導(dǎo)葉回收環(huán)量的效果；而導(dǎo)葉數(shù)過多，稠密度過大會增大摩擦損失和排擠系數(shù)從而影響整個裝置的效率，所以在設(shè)計導(dǎo)葉時要認(rèn)真考慮與葉輪葉片數(shù)匹配的導(dǎo)葉葉片數(shù)；根據(jù)流線型物體的水力阻力最小這一規(guī)律，將有可能的地方(如燈泡體尾部、進(jìn)人孔和燈泡體支撐等)均改為流線型，選用優(yōu)良的流線型面可以將脫離點(diǎn)推向物體后緣，甚至完全避免脫離現(xiàn)象的發(fā)生。
　　 對配有“S”翼型葉輪的雙向燈泡貫流泵裝置內(nèi)流場進(jìn)行了分析，葉輪正、

5、反向運(yùn)行時，其葉片表面的壓力分布相似，說明雙向葉輪具有相同的正、反向性能。但是加上了其他過流部件組成泵裝置后，由于進(jìn)、出水結(jié)構(gòu)不對稱，而使得雙向貫流泵裝置的正、反向性能有差別。本文主要研究了軸承支撐件對這種雙向燈泡貫流泵裝置性能的影響，結(jié)果表明：軸承支撐件的布置位置對裝置正、反向運(yùn)行的性能有一定的影響。正向運(yùn)行工況，軸承支撐件與燈泡體在葉輪兩側(cè)的方案其裝置效率高于軸承支撐件與燈泡體在葉輪同側(cè)的方案；反向運(yùn)行時，則是同側(cè)方案的效率要略高于