變轉(zhuǎn)速工況下軸流泵內(nèi)部流動(dòng)特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、軸流泵廣泛地在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的各個(gè)層面得到應(yīng)用，大量的市場(chǎng)需求對(duì)軸流泵運(yùn)行的效率和穩(wěn)定都提出了要求。如果想要擴(kuò)大軸流泵的工況范圍，提升其運(yùn)行效率和可靠性，就有必要對(duì)其內(nèi)部的流動(dòng)情況做進(jìn)一步的研究。本文為了研究變速調(diào)節(jié)下軸流泵的性能和內(nèi)部流場(chǎng)特性，基于ANSYS CFX軟件，采用k-ε模型對(duì)模型泵多個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行了三維湍流數(shù)值計(jì)算，本文主要研究?jī)?nèi)容及所得結(jié)論如下:
　　1.采用Pro/E軟件對(duì)選定的軸流泵模型進(jìn)行實(shí)體建模，結(jié)構(gòu)包括進(jìn)水流道、

2、葉輪、導(dǎo)葉、出水流道，并借助ANSYS ICEM對(duì)其流域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
　　2.三維定常計(jì)算得到了軸流泵的性能曲線和葉片表面的速度、壓力分布。基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)軸流式模型泵性能和葉輪內(nèi)部流場(chǎng)分析，結(jié)果表明:隨著轉(zhuǎn)速的增加，揚(yáng)程曲線升高，效率曲線則隨轉(zhuǎn)速的降低而左移。在偏離設(shè)計(jì)工況的小流量區(qū)域，通過變速調(diào)節(jié)可以擴(kuò)大軸流泵的高效工作區(qū)。
　　3.采用k-ε模型、均相模型和Rayleigh-Plesset空化模型，對(duì)模型泵的多個(gè)不

3、同工況下的空化性能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。對(duì)開始發(fā)生空化、臨界空化點(diǎn)以及空化嚴(yán)重時(shí)的葉輪內(nèi)空化情況進(jìn)行分析，可以得到模型泵葉輪內(nèi)空化發(fā)生的位置和空化發(fā)生時(shí)空泡體積分?jǐn)?shù)分布情況。在葉片吸力面的輪轂附近和葉片外側(cè)邊緣處易發(fā)生氣泡的聚積，空化較為劇烈時(shí)，靠近入口截面的流道受到比較大范圍的堵塞，泵的能量性能嚴(yán)重下降。轉(zhuǎn)速較低時(shí)，臨界氣蝕余量降低。
　　4.對(duì)模型泵進(jìn)行邊界渦量流的分析，結(jié)果表明，總體上葉片中部BVF值較低，葉片進(jìn)出口的BVF值相對(duì)較

4、高。且靠近進(jìn)口區(qū)域的BVF變化比較劇烈，而靠近出口的BVF變化更加平緩。葉輪壓力面的BVF分布要比吸力面狀況更好。大流量工況下葉片進(jìn)口處的正峰值區(qū)域的BVF值比設(shè)計(jì)工況和小流量時(shí)更大，這反映了大流量時(shí)葉輪對(duì)流體做功能力的降低。葉片進(jìn)口區(qū)域的局部流動(dòng)不良部位，需要進(jìn)行優(yōu)化。
　　5.在定常計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)模型泵進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算，分析了不同工況下各界面壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，分析其時(shí)域和頻域