固液兩相下導(dǎo)葉式離心泵動靜柵內(nèi)部流動研究.pdf

1、泵在國民生產(chǎn)的很多領(lǐng)域都起著廣泛的作用，應(yīng)用于水利、礦山、化工、電力、土建、環(huán)保等工業(yè)部門。在與泵相關(guān)領(lǐng)域的研究中，關(guān)于泵的穩(wěn)定性以及節(jié)能降噪的研究是重中之重。動靜葉柵是多級泵等高能流體機(jī)械做功、擴(kuò)壓和導(dǎo)流的基本單元，受葉輪出口“射流-尾跡”流動、動葉與靜葉之間的動靜干涉作用的雙重影響，其內(nèi)部渦流結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。隨著多級泵向高揚(yáng)程、寬工況域的方向發(fā)展，對其內(nèi)部渦激產(chǎn)生的振動、噪音等流體動力學(xué)響應(yīng)也提出了更高的要求。而在含沙水條件下和在偏工況

2、點(diǎn)運(yùn)行會導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)更高的負(fù)載和更大的運(yùn)行成本，因此探究在固液兩相條件下離心泵在非設(shè)計工況下的流動問題，可以為提高流體機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性以及高效性研究提供一定參考。本文以大渦模擬和Mixture混合相模型，采用二維數(shù)值計算和三維數(shù)值計算相結(jié)合的方法。選擇設(shè)計流量為22.85 m3/h的帶導(dǎo)葉的離心泵為計算模型，對不同流量下離心泵進(jìn)行性能計算，得到離心泵性能特性曲線，并以此為基礎(chǔ)，對不同工況與顆粒粒徑的動靜葉柵內(nèi)部非定常流動的情況結(jié)合動

3、靜干涉作用和固液兩相流動，并以渦量做為參考結(jié)合流線以及壓力脈動來描述水力機(jī)械內(nèi)部流動過程。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以商用建模軟件Pro/E為工具對導(dǎo)葉式離心泵進(jìn)行建模，選用專業(yè) CAE前處理軟件 ANSYS ICEM對導(dǎo)葉式離心泵全流道計算域進(jìn)行拓?fù)洳澐譃榻Y(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；定義了導(dǎo)葉式離心泵數(shù)值計算的一些基本參數(shù)；選用有限體積法離散流動控制方程，并對以ANSYS Fluent進(jìn)行數(shù)值計算的一些控制條件進(jìn)行了描述。⑵通過二維、三維數(shù)

4、值計算，發(fā)現(xiàn)二維、三維渦量集中區(qū)域分布相似，清水介質(zhì)下，二維數(shù)值計算結(jié)果可以作為三維數(shù)值計算結(jié)果的一個參照，可以借助二維數(shù)值計算結(jié)果找出流場流動最為紊亂的地方，然后通過修正三維計算域網(wǎng)格，更加真實(shí)的反映出流場的內(nèi)部流動情況。二維導(dǎo)葉式離心泵數(shù)值模擬結(jié)果與三維數(shù)值模擬結(jié)果在總體上相似，顆粒分布都主要集中在葉輪葉片工作面，大渦量區(qū)域主要集中在葉輪葉片背面，在動靜葉柵交界處流動最不穩(wěn)定。但二維數(shù)值計算結(jié)果相比三維數(shù)值計算結(jié)果更加不穩(wěn)定，受到模

5、型的影響，二維數(shù)值計算內(nèi)渦量分布和顆粒相分布出現(xiàn)更加無序的現(xiàn)象，且在細(xì)微的地方會出現(xiàn)與三維數(shù)值計算結(jié)果較大的不同。⑶通過對導(dǎo)葉式離心泵動靜葉柵內(nèi)非設(shè)計工況下內(nèi)部流動分析發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計工況下動靜葉柵內(nèi)部壓力脈動周期性最好，脈動最有規(guī)律，在1.0 Q流量下壓力系數(shù)Cp分布域最窄，在1.3Q流量下壓力系數(shù)Cp分布域最寬。對比在不同流量與不同轉(zhuǎn)速情況下動靜葉柵內(nèi)壓力脈動分布，發(fā)現(xiàn)在750 rp m轉(zhuǎn)速下壓力脈動最不穩(wěn)定，相比于不同流量下壓力脈動分

6、布，低轉(zhuǎn)速情況下壓力脈動劇烈程度要強(qiáng)于小流量情況下壓力脈動劇烈程度。在偏離設(shè)計工況與轉(zhuǎn)速下，動靜葉柵內(nèi)部流動出現(xiàn)了不同程度的惡化，尤其在偏離設(shè)計轉(zhuǎn)速情況下，動靜葉柵內(nèi)流動最不穩(wěn)定；此外由于動靜干涉的作用，動靜葉柵交界處出現(xiàn)流動激增的現(xiàn)象；導(dǎo)葉的作用主要是為了使葉輪內(nèi)的流體更加平穩(wěn)的流入蝸殼，因此在設(shè)計工況與設(shè)計轉(zhuǎn)速下導(dǎo)葉內(nèi)的流動情況要優(yōu)于在葉輪內(nèi)；但在偏離設(shè)計工況與轉(zhuǎn)速時，導(dǎo)葉無法完全發(fā)揮其引流作用，因此在偏工況下尤其在高轉(zhuǎn)速條件下部分

7、導(dǎo)葉內(nèi)流動要比葉輪內(nèi)的流動更加紊亂。在偏離工況條件下，尤其是在在高轉(zhuǎn)速條件下，動靜葉柵內(nèi)大渦量區(qū)域明顯高于在其他轉(zhuǎn)速條件下渦量區(qū)域，尤其在動靜葉柵交界處最為明顯。在同一轉(zhuǎn)速不同流量條件下，小流量條件下動靜葉柵內(nèi)大渦量區(qū)域明顯高于在其他流量情況下。⑷通過分析動靜葉柵內(nèi)壓力分布、渦量分布、顆粒相體積分?jǐn)?shù)以及動靜葉柵內(nèi)壓力脈動，發(fā)現(xiàn)顆粒粒徑對動靜葉柵內(nèi)流動尤其是導(dǎo)葉內(nèi)的流動產(chǎn)生了很大的影響。針對不同顆粒粒徑固液兩相流流動對導(dǎo)葉與葉輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)