帶分流葉片離心泵非定常流動(dòng)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究.pdf

1、本文是在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“百萬(wàn)千瓦級(jí)核電離心泵關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào):2011BAF14B04)和國(guó)家自然科學(xué)基金“帶分流葉片離心泵流固耦合誘導(dǎo)振動(dòng)特性研究”(編號(hào):51009072)以及江蘇省自然科學(xué)基金“基于流固耦合的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵非穩(wěn)定流動(dòng)特性研究”(編號(hào):BK2010347)的資助下開展工作。
　　 低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵是應(yīng)用極其廣泛的通用機(jī)械，具有流量小、揚(yáng)程高等特點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的水力性能，改善其內(nèi)部流場(chǎng)

2、分布，人們常采用分流葉片設(shè)計(jì)法。前期研究表明，分流葉片的添置確實(shí)能提高離心泵的水力性能。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)帶分流葉片離心泵的非定常流動(dòng)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性進(jìn)行了數(shù)值研究，主要研究?jī)?nèi)容和成果有:
　　 (1)介紹了帶分流葉片離心泵和離心泵非定常流動(dòng)及流固耦合的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用情況，闡述了開展帶分流葉片離心泵非定常流動(dòng)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究的必要性及思路。
　　 (2)基于ANSYSCFX軟件，采用SSTk-ω湍流模型分別對(duì)五個(gè)帶

3、分流葉片的離心泵葉輪方案進(jìn)行了全流場(chǎng)非定常數(shù)值模擬，首次分析了有/無(wú)分流葉片以及不同分流葉片設(shè)計(jì)對(duì)泵內(nèi)壓力脈動(dòng)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:添置分流葉片后，揚(yáng)程提高了2％～12％，最高效率提高了15％，但不同分流葉片設(shè)計(jì)方案的揚(yáng)程絕對(duì)值差異不大，且影響趨勢(shì)一致;分流葉片有利于減小葉輪-蝸殼交界面處的壓力脈動(dòng)，但不同分流葉片設(shè)計(jì)對(duì)非定常流動(dòng)特性的影響不同，當(dāng)分流葉片進(jìn)口直徑為106mm且向長(zhǎng)葉片背面偏置5°時(shí)，壓力脈動(dòng)最小。
　　 (

4、3)通過(guò)非定常數(shù)值模擬獲得了作用在五個(gè)不同方案葉輪上的徑向力特性，并對(duì)其進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明:分流葉片有利于改善徑向力的脈動(dòng)情況。小流量及設(shè)計(jì)工況下，作用在葉輪上的徑向力及其脈動(dòng)幅值隨著分流葉片進(jìn)口直徑的增大而增大;大流量工況下，當(dāng)分流葉片進(jìn)口直徑為106mm時(shí)作用在葉輪上的徑向力脈動(dòng)幅值最小。此外，帶偏置分流葉片設(shè)計(jì)方案的徑向力脈動(dòng)幅值小于帶不偏置分流葉片設(shè)計(jì)方案。
　　 (4)基于上述研究所得分流葉片設(shè)計(jì)參數(shù)的取值原則，以

5、低比轉(zhuǎn)數(shù)高溫熔鹽泵為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了兩個(gè)葉輪方案。通過(guò)全流場(chǎng)定常數(shù)值模擬對(duì)比分析了不同工作溫度和不同工況下各個(gè)方案的外特性曲線及內(nèi)流場(chǎng)特性，結(jié)果表明:分流葉片的添置能夠有效減少葉輪流道內(nèi)二次回流和漩渦的發(fā)生，有效提高熔鹽泵的揚(yáng)程和效率。此外，隨著工作溫度的升高，介質(zhì)粘度減小，葉輪流道內(nèi)的壓力分布和流線分布更為均勻，且揚(yáng)程和效率也有所提高，同時(shí)，小流量工況下作用在葉輪上的徑向力減小。
　　 (5)采用ANSYSCFX和Workbe

6、nch軟件，首次對(duì)不同工作溫度不同工況下帶分流葉片和不帶分流葉片低比轉(zhuǎn)數(shù)高溫熔鹽泵轉(zhuǎn)子分別進(jìn)行基于單向流固耦合的靜態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析和基于雙向流固耦合的瞬態(tài)流動(dòng)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析。結(jié)果表明:添置分流葉片后，轉(zhuǎn)子的等效應(yīng)力明顯減小，且最大應(yīng)力點(diǎn)從葉片出口處轉(zhuǎn)移至葉片進(jìn)口和輪轂的結(jié)合處。帶分流葉片轉(zhuǎn)子的各階頻率和最大變形量均明顯小于不帶分流葉片轉(zhuǎn)子，且二者的各階振型也有較為明顯的不同。分流葉片的添置減輕了葉輪變形對(duì)流場(chǎng)內(nèi)壓力脈動(dòng)及徑向力的影