離心泵全流道內(nèi)空化流場的數(shù)值模擬及預測.pdf

1、離心泵在運行過程中，空化會使其過流部件產(chǎn)生磨蝕破壞，產(chǎn)生噪聲和振動，空化嚴重時泵的效率顯著降低甚至不能正常運行。因此，如何提高離心泵空化空蝕性能是流體機械研究領域的一個重要研究方向。 隨著計算流體力學的發(fā)展和計算機性能的提高，用數(shù)值模擬來分析離心泵內(nèi)部的空化流動已經(jīng)成為可能。應用數(shù)值模擬的方法可以對試驗難以測量的參數(shù)進行預估，而不需要大量的試驗，應用數(shù)值模擬的方法對離心泵進行分析和工程設計，有利于提高工作的可靠性和經(jīng)濟性。數(shù)值模

2、擬方法己經(jīng)成為離心泵分析、設計的一個重要手段。 本文以計算流體力學為基礎，應用商用CFD軟件Fluent為工具，采用RNGk-ε兩方程模型、混合多相流模型、空化模型和SIMPLEC算法，對比轉數(shù)ns=91.9離心泵葉輪流道內(nèi)的空化流場進行數(shù)值模擬及預測，得到空化流場的壓力、速度和空泡體積組份分布，計算結果與理論結果基本吻合，表明所采用的空化模型能真實反映泵內(nèi)空化流動情況，這對葉輪的優(yōu)化設計有重要意義。通過分析計算結果發(fā)現(xiàn)：1)對

3、離心泵全流道內(nèi)的空化流場進行模擬得到在進口段和蝸殼段均沒有明顯的空化發(fā)生，葉輪內(nèi)空化主要發(fā)生在葉片背面進口稍后處，靠近前蓋板的位置，該位置存在明顯的低壓區(qū)；2)大流量工況下，葉輪內(nèi)低壓區(qū)的面積和空泡體積分數(shù)均遠大于設計工況和小流量工況，說明在大流量工況下運行容易造成空蝕破壞； 3)在非定?？栈鲌龅哪M中，葉輪在一個旋轉周期內(nèi)，空化強度隨時間的變化情況是由弱到強，又由強到弱的非定常變化過程，但單個葉片空化最嚴重的地方是在葉片背面進口稍后

4、處和前蓋板接觸的地方，葉片的出水邊附近沒有明顯空化現(xiàn)象發(fā)生。這與定?？栈鲌龅哪M結果是一致的。4)在空化發(fā)生的進程中，隨著裝置空化余量NPSHA的降低，葉輪內(nèi)空泡體積組份分數(shù)逐漸增加，葉片表面壓力和空泡體積組份分布開始不均勻，揚程H和水力效率ηh出現(xiàn)下降的趨勢，說明空化嚴重時影響泵的性能。 為了驗證數(shù)值模擬的準確性，分別計算了該泵在不同流量下的揚程。計算值和試驗值比較發(fā)現(xiàn)在設計流量(45.7 m3／h)附近誤差小于5％。由此說