潛水軸流泵特性試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、軸流泵流量大、揚(yáng)程低，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、大中型泵站、工業(yè)用水等多個(gè)領(lǐng)域。潛水軸流泵不僅具有普通軸流泵的特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。我國(guó)已研制出許多成熟的優(yōu)秀軸流泵水力模型，但其中同步轉(zhuǎn)速達(dá)到3000 r/min,比轉(zhuǎn)速偏低的較少，因此需要對(duì)其進(jìn)行研發(fā)。針對(duì)這個(gè)情況，本文從設(shè)計(jì)方法出發(fā)，探討提高轉(zhuǎn)速后，現(xiàn)有軸流泵葉輪設(shè)計(jì)方法的適用性，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬兩種方法深入研究較高轉(zhuǎn)速潛水軸流泵的性能特點(diǎn)及內(nèi)部流場(chǎng)特性，為研發(fā)高性能軸流泵

2、水力模型提供依據(jù)。
　　 本文的主要研究工作及結(jié)論如下：
　　 1.自行研制轉(zhuǎn)速2900 r/min,比轉(zhuǎn)速550的軸流式模型泵：分別采用升力系數(shù)法和圓弧法設(shè)計(jì)模型泵葉輪，將葉輪輪轂設(shè)計(jì)成錐形，采用流線法設(shè)計(jì)導(dǎo)葉。
　　 2.利用Pro/E、ICEM分別對(duì)泵流道進(jìn)行三維實(shí)體造型和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，基于CFX，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，分別對(duì)兩種方法設(shè)計(jì)的模型泵進(jìn)行內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬，得到最優(yōu)工況性能參數(shù)。即升力系數(shù)法：

3、流量79 m3/h，揚(yáng)程3.82 m，效率73.57％；圓弧法：流量90 m3/h，揚(yáng)程4.55 m，效率83.11％。結(jié)果表明：采用圓弧法設(shè)計(jì)的模型泵性能相對(duì)較好。
　　 3.對(duì)采用圓弧法設(shè)計(jì)的模型泵完成樣機(jī)試制并進(jìn)行性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)得到其最優(yōu)工況性能：流量91.53 m3/h，揚(yáng)程4.36 m，效率82.14％，基本與設(shè)計(jì)工況吻合；對(duì)比分析試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果，在設(shè)計(jì)工況下，流量相對(duì)誤差為-1.67％，揚(yáng)程相對(duì)誤差為4.36

4、％，效率相對(duì)誤差為1.18％。這表明，在潛水軸流泵性能預(yù)測(cè)方面，標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型數(shù)值模擬己達(dá)到一定的準(zhǔn)確度。
　　 4.對(duì)模型泵進(jìn)行變轉(zhuǎn)速和變?nèi)~片厚度性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：1）隨著轉(zhuǎn)速增加，軸流泵揚(yáng)程、軸功率變化較大，最優(yōu)工況點(diǎn)向大流量偏移，但最高效率值變化相對(duì)較小，這表明軸流泵適合采用變轉(zhuǎn)速方法進(jìn)行運(yùn)行工況及性能調(diào)節(jié)；2）在設(shè)計(jì)工況和大流量工況下，薄葉片泵性能較優(yōu)；在小流量工況下，厚葉片泵性能較優(yōu)。這表明，當(dāng)泵運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況附

5、近，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，葉片越薄泵性能越好。
　　 5.對(duì)模型泵變轉(zhuǎn)速及變?nèi)~片厚度流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:1）在同一流量工況下，葉片表面壓力隨轉(zhuǎn)速的增大而升高，轉(zhuǎn)速越大，壓力等值線越稀疏；2）在設(shè)計(jì)工況和大流量工況下，厚葉片進(jìn)出口區(qū)域壓力等值線密集，壓力梯度大，流動(dòng)紊亂，液流撞擊嚴(yán)重，水力損失較大；在小流量工況下，葉片表面壓力等值線相對(duì)密集，背面壓力等值線發(fā)生扭曲，出口產(chǎn)生回流及二次流，厚葉片的變化更劇烈；3）數(shù)值模擬內(nèi)