基于CFD技術(shù)改善離心泵內(nèi)部空化性能的研究.pdf

1、由于離心泵在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，空化會(huì)降低泵的揚(yáng)程和效率；空蝕將對(duì)離心泵造成極大的破壞并產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。所以空化與空蝕破壞是引起離心泵故障的主要原因之一，如何提高離心泵的空化性能是流體機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究方向。 近年來(lái)，隨著CFD技術(shù)的快速發(fā)展，從研究離心泵內(nèi)部流體流動(dòng)的機(jī)理出發(fā)，使用數(shù)值模擬研究離心泵內(nèi)部空化流動(dòng)，利用數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)改善離心泵內(nèi)部的空化性能已經(jīng)成為可能。因此，數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為離心泵性能分析、

2、優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的手段。 本文以CFD技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用商業(yè)軟件FLUENT中的RNG k—ε兩方程模型和SIMPLEC算法，采用了Singhal等人發(fā)展的一種三維混合流體完整空化湍流模型，對(duì)離心泵內(nèi)部的全流道三維空化流動(dòng)進(jìn)行定常數(shù)值模擬研究，分析了在同一設(shè)計(jì)工況下原型離心泵葉輪和3種不同進(jìn)口參數(shù)的葉輪在內(nèi)部流場(chǎng)的壓力、速度、空泡體積分?jǐn)?shù)分布和離心泵整機(jī)性能發(fā)生的變化，這對(duì)離心泵改善其空化性能、優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)能降耗有著重要的意義。

3、得到以下主要結(jié)論： 1．為了驗(yàn)證數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，先對(duì)原型離心泵進(jìn)行了非空化流動(dòng)和空化流動(dòng)的數(shù)值模擬，通過(guò)把數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，結(jié)果表明預(yù)測(cè)曲線與試驗(yàn)曲線趨勢(shì)基本一致，預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值在設(shè)計(jì)工況下結(jié)果比較吻合，這為下面的工作打下了基礎(chǔ)。 2．對(duì)原型離心泵全流道內(nèi)的空化流場(chǎng)進(jìn)行模擬得到了空化現(xiàn)象主要發(fā)生在葉輪內(nèi)部，而在吸入段和蝸殼段均沒(méi)有明顯的空化現(xiàn)象發(fā)生，說(shuō)明葉輪對(duì)泵的空化性能具有重要的影響。從原型離心泵

4、空化余量—揚(yáng)程曲線中，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)值和數(shù)值模擬預(yù)測(cè)值計(jì)算結(jié)果比較吻合，誤差在5％范圍內(nèi)，曲線變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明所選的空化模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)離心泵的空化性能，這也說(shuō)明數(shù)值模擬預(yù)測(cè)可以代替復(fù)雜而又麻煩的離心泵空化試驗(yàn)。 3．通過(guò)改變?nèi)~輪進(jìn)口尺寸，得出葉輪進(jìn)口直徑有一最佳值為155mm，這最佳值的存在對(duì)于離心泵的效率的提高和空化余量的降低有著重要的意義。 4．增加葉片的進(jìn)口安放角，即采用較大的正沖角，使進(jìn)口的沖角為5°，葉片進(jìn)口