軸流泵葉輪內(nèi)空化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值計(jì)算.pdf

1、本文的研究工作是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“軸流式葉輪內(nèi)非穩(wěn)態(tài)空化流的研究”(No.50776040)資助下完成。
　　 軸流泵廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排灌、城市供水、船舶行業(yè)及南水北調(diào)工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域。軸流泵作為大流量輸送流體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，不可避免地面臨空化和汽蝕的問(wèn)題?？栈推g的發(fā)生會(huì)引起設(shè)備運(yùn)行特性的改變、振動(dòng)和噪聲等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箼C(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。因此，如何提高軸流泵空化汽蝕性能是水力機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。

2、r>　　 本文從文丘里管空化流動(dòng)研究入手，對(duì)不同工況下的空化流動(dòng)進(jìn)行拍攝實(shí)驗(yàn)研究與空化數(shù)值計(jì)算，進(jìn)而對(duì)模型軸流泵的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究與空化數(shù)值計(jì)算。本文的研究工作及獲得結(jié)論主要有：
　　 1.設(shè)計(jì)了文丘里管空化流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，運(yùn)用高速數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)各工況下文丘里管空化流動(dòng)進(jìn)行拍攝記錄實(shí)驗(yàn)，分析空泡區(qū)域的形態(tài)特征。結(jié)合拍攝的空化區(qū)域的形態(tài)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)幾種常見湍流模型在文丘里管空化流動(dòng)計(jì)算的效果做了詳細(xì)比較。結(jié)果表明RNG k-ε湍流模

3、型有明顯的優(yōu)勢(shì)。該研究為今后空化數(shù)值計(jì)算在湍流模型的選擇方面提供了參考。
　　 2.通過(guò)模型軸流泵外特性試驗(yàn)，得到了模型泵的能量性能與汽蝕性能曲線。為驗(yàn)證空化數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，先進(jìn)行了非空化流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果表明預(yù)測(cè)曲線與試驗(yàn)曲線趨勢(shì)基本一致，預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值在設(shè)計(jì)工況附近比較吻合，這為后續(xù)的工作打下了基礎(chǔ)。
　　 3.基于完整空化模型和混合流體兩相流模型，對(duì)模型軸流泵葉輪內(nèi)空化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)

4、值計(jì)算。選擇不同流量(0.8Q、1.0Q、1.2Q)下空化開始發(fā)生、臨界汽蝕點(diǎn)和空化嚴(yán)重時(shí)的工況比較分析葉輪內(nèi)空化流動(dòng)的發(fā)展情況。并對(duì)不同工況下空化發(fā)生的位置、程度等參數(shù)比較分析，主要結(jié)論有：(1)在設(shè)計(jì)流量和小流量工況下，空化最初發(fā)生在葉片背面靠近輪轂處的局部低壓區(qū)；大流量工況下，空化最初發(fā)生在葉片背面進(jìn)口至出口弦長(zhǎng)的1/3處靠近輪轂的局部低壓區(qū)。(2)在臨界汽蝕點(diǎn)時(shí)，空化區(qū)域位于進(jìn)口至靠近出口的位置，約占葉片背面面積的50％以上，空