半開(kāi)式葉輪高速離心泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律的研究.pdf

1、在石油化工、航空航天等領(lǐng)域，半開(kāi)式離心泵由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、無(wú)堵塞性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。為避免葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中與泵殼發(fā)生碰撞或摩擦，需要在葉輪前端軸向位置設(shè)置一定的軸向間隙。國(guó)內(nèi)外針對(duì)半開(kāi)式葉輪軸向間隙對(duì)泵性能的影響已有一些研究成果，但關(guān)于半開(kāi)式離心泵葉輪軸向間隙如何取值，最佳軸向間隙如何確定以及軸向間隙內(nèi)流體的流動(dòng)規(guī)律等問(wèn)題的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。因此本文以國(guó)內(nèi)某廠提供的一臺(tái)單級(jí)單吸航空燃油離心泵為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法研究了半

2、開(kāi)式離心泵軸向間隙對(duì)泵內(nèi)部流動(dòng)的影響。本文的主要工作和研究結(jié)果如下：
　　1.對(duì)半開(kāi)式葉輪軸向間隙取值，依據(jù)公式??1/5=0.37 Rex x????可計(jì)算得到葉輪出口處邊界層厚度為0.3mm，隨后在邊界層厚度周圍取得軸向間隙值分別為0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)五種不同間隙值的半開(kāi)式離心泵進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：軸向間隙為0.3mm時(shí)，此臺(tái)泵在設(shè)計(jì)工況附近效率最高。間隙為0.25mm

3、時(shí)，泵的揚(yáng)程較高，但效率略低于0.3mm間隙時(shí)，當(dāng)間隙值大于0.3mm時(shí)，隨著間隙的增大，泵的揚(yáng)程和效率均降低。為了驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，將原廠出廠試驗(yàn)（該廠產(chǎn)品軸向間隙值為0.35mm）的外特性與間隙值為0.35mm的半開(kāi)式葉輪離心泵的數(shù)值模擬結(jié)果做對(duì)比，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)程誤差不超過(guò)3％，效率誤差不超過(guò)4.3%，說(shuō)明本文采用的數(shù)值模擬方法是可行的。
　　2.為了研究半開(kāi)式葉輪軸向間隙的泄漏量，對(duì)0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.

4、4mm、0.45mm五種不同軸向間隙的流場(chǎng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：間隙內(nèi)的流體既有圓周速度，也有徑向速度。其圓周速度在0.8-0.95倍的葉輪圓周速度之間變化，間隙值越小，圓周速度越大，隨著間隙值的增大，流體的圓周速度逐漸減小。其徑向速度為負(fù)值，表明間隙層內(nèi)的流體流動(dòng)方向與葉輪內(nèi)流體的流動(dòng)方向相反，即存在間隙泄漏。通過(guò)對(duì)徑向速度做平均值，乘以間隙進(jìn)口面積，求出不同間隙的泄漏量，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：隨著軸向間隙值增大，間隙泄漏量逐漸增大。
　　3.

5、通過(guò)對(duì)不同軸向間隙半開(kāi)式葉輪內(nèi)的流場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)：在相同軸向間隙下，相同半徑處，葉輪葉片靠近間隙一側(cè)的壓力低于靠近后蓋板側(cè)的壓力；在軸向間隙為0.25mm時(shí)，半開(kāi)式葉輪葉片背面靠近入口位置存在低壓區(qū)，隨著軸向間隙值的增大，該位置的低壓區(qū)域逐漸減少，由此可見(jiàn)軸向間隙的增大在一定程度上能夠改善半開(kāi)式葉輪的空化性能。
　　4.為了研究半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪在同樣的葉輪參數(shù)下性能的差異，對(duì)本文所研究的半開(kāi)式葉輪加了2mm厚的前蓋板，對(duì)這樣形成的

6、閉式離心泵進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)閉式葉輪和0.3mm軸向間隙的半開(kāi)式葉輪數(shù)值模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)：相同流量下，閉式葉輪揚(yáng)程普遍比半開(kāi)式葉輪要高1.5m-2m，在設(shè)計(jì)工況下高出1.7m，設(shè)計(jì)工況下半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪的揚(yáng)程比為0.876，在總流量范圍內(nèi)是揚(yáng)程比在0.82-0.88之間變化。該結(jié)論是否具有普遍意義還有待研究。
　　5.利用非定常數(shù)值模擬方法研究了葉片前緣壓力脈動(dòng)特性，通過(guò)對(duì)葉片頂端壓力脈動(dòng)的分析可以看出：在一個(gè)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期