含沙水條件下離心泵內(nèi)部流動及空化特性的研究.pdf

1、泵作為核心設(shè)備在大量的提水灌溉及抗洪排澇工程中發(fā)揮著十分重要的作用。然而，自然界的水流都不同程度地夾雜著懸浮的泥沙、固體顆粒等雜質(zhì)，泵運(yùn)行在這樣的水流條件下，其內(nèi)部流動狀態(tài)呈現(xiàn)為典型的固液兩相流，其核心過流部件必然會受到一定程度的磨蝕與空蝕破壞。然而，目前對于含沙水條件下水力機(jī)械的空化研究較少，已有的對于含沙水條件下空化的研究大多采用了試驗的方法，空化的內(nèi)部流動特性尚不完全清楚。因此，研究含沙水流條件下水力機(jī)械內(nèi)部流動特性及空化性能，具

2、備一定的創(chuàng)新性，對確保其安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要的意義。
　　本研究選用一臺比轉(zhuǎn)速190的臥式單級單吸離心泵為研究對象，采用雷諾時均RANS法，基于Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型，分別以清水和含沙水為介質(zhì)，對離心泵的無空化內(nèi)部流動和空化內(nèi)部流動進(jìn)行了數(shù)值模擬。旨在定性分析固體沙粒對離心泵內(nèi)部流動特性及空化性能的影響，主要研究工作及結(jié)果如下：
　　1.運(yùn)用Fluent軟件，在清水條件下對離心泵

3、進(jìn)行了全流道的定常數(shù)值計算，得到了離心泵的外特性曲線，并將其與試驗所得到的結(jié)果進(jìn)行比較，誤差在3％以內(nèi)，驗證了計算模型及數(shù)值算法的合理性。
　　2.基于Mixture模型，在含沙水條件下進(jìn)行了多工況（0.4Qd、0.6Qd、0.8Qd、1.0Qd、1.2Qd）的無空化定常數(shù)值計算，并將計算結(jié)果與清水條件下的計算結(jié)果進(jìn)行比較，分析了兩種不同介質(zhì)條件下泵外特性的差異，以及固體沙粒對泵內(nèi)部流動特征的影響。
　　3.基于Mixtur

4、e模型，RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,分別在清水與含沙條件下，對離心泵進(jìn)行了空化的定常數(shù)值模擬，結(jié)合泵空化基本方程的理論推導(dǎo)。研究了含沙水條件下離心泵空化性能的變化，探究了葉輪流道內(nèi)的空泡發(fā)展過程、速度分布以及葉片的靜壓載荷分布。
　　4.兩種介質(zhì)條件下，泵揚(yáng)程的變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)揚(yáng)程隨流量的增大而減小；泵效率的變化趨勢也基本一致，效率均呈現(xiàn)先隨流量的增大而增大的趨勢，當(dāng)流量增大至1.0Qd附近

5、的最優(yōu)工況時，效率達(dá)到最大值，之后，隨流量的增大效率逐漸減??；此外，清水單相介質(zhì)下的效率均高于含沙水介質(zhì)下的效率。
　　5.同一流量，兩種不同介質(zhì)條件下，泵流道內(nèi)的靜壓分布規(guī)律基本相同，但含沙水條件下流道內(nèi)的整體壓力高于清水條件下的壓力，流道內(nèi)速度分布較清水紊亂，含沙水條件下泵最優(yōu)工況點(diǎn)向小流量偏移。
　　6.含沙水條件下，泵的臨界空化余量較清水條件下高，泵易發(fā)生空化，且隨著含沙量的增加，空化程度加劇。兩種介質(zhì)條件下，流道內(nèi)