軸流泵水力模型設(shè)計方法與數(shù)值模擬研究.pdf

1、南水北調(diào)等大型水利工程需要0大量效率高、運行穩(wěn)定的軸流泵，而優(yōu)秀的軸流泵水力模型是保證實型泵(真機)的能量指標、汽蝕指標和穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。水力設(shè)計實踐表明，采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計的水力模型，其性能指標難以滿足使用要求。 本文采用理論分析、試驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，采用流線法設(shè)計制造了高性能指標的軸流泵水力模型，并已在南水北調(diào)東線工程等大型水利工程泵站中得到應(yīng)用。 主要研究工作和創(chuàng)造性成果有： (1)研究確定

2、了軸流泵水力模型系列的參數(shù)。為了方便選擇泵型，采用保持軸流泵模型的流量不變，通過改變模型設(shè)計揚程以改變比轉(zhuǎn)速的方法，得到軸流泵水力模型系列參數(shù)，用于設(shè)計不同比轉(zhuǎn)速的水力模型。模型泵的流量為0.35m3、s，揚程范圍為2.5～11.0 m，比轉(zhuǎn)速為500～1500。 (2)系統(tǒng)研究了流線法設(shè)計軸流泵葉輪的方法。提出了一種從葉輪葉片外緣到輪轂線性修正環(huán)量分布的方法，加大葉片外緣側(cè)翼型的環(huán)量，減小輪轂側(cè)翼型的環(huán)量，在輪轂和輪緣之間的翼

3、型的環(huán)量修正系數(shù)按線性規(guī)律變化。提出了葉輪葉片進口沖角從輪轂到輪緣增加的方法，進一步降低葉輪葉片的扭曲，沖角值選取范圍為0°～3°，隨比轉(zhuǎn)速增加，沖角減小。 (3)探討了適合于軸流泵內(nèi)部三維定常流動的數(shù)值計算方法。以比轉(zhuǎn)速為1000的軸流泵水力模型為算例，并以天津同臺測試的試驗數(shù)據(jù)為參照，進行了全流場三維定常數(shù)值計算。數(shù)值計算采用Reynolds時均N—S方程，標準k—ε紊流模型，二階精度差分格式和SIMPLEC算法。

4、 CFD計算的曲線與試驗曲線的趨勢基本一致，最優(yōu)工況點計算揚程相對試驗揚程的最大誤差為2.52％，誤差絕對值的平均值為4.5％。分析了軸流泵葉輪和導葉表面的速度矢量圖、壓力等值線圖。葉輪和導葉葉片工作面和背面的速度、壓力分布有著明顯的規(guī)律，葉片工作面的相對速度分布比較均勻，基本上按圓柱面分布，自輪轂向輪緣相對速度逐漸增加，導葉工作面的速度基本上沿軸向流出?？拷~輪葉片輪轂處，沿葉片長度方向壓力變化較大，而靠近葉輪葉片輪緣處，沿葉片長度方

5、向壓力變化平穩(wěn)，輪緣處的最高壓力及平均壓力均高于輪轂處的壓力，葉片背面的最低壓力點在距頭部約25％處。葉輪出口速度環(huán)量沿半徑方向自輪轂向輪緣逐漸增加，這與水力設(shè)計時對葉輪出口圓周分速度進行修正的結(jié)果一致。 (4)總結(jié)了軸流泵水力模型設(shè)計中關(guān)鍵參數(shù)的選擇規(guī)律。包括葉輪的葉柵稠密度、輪轂比、葉片數(shù)和翼型加厚規(guī)律，導葉的葉片數(shù)以及與葉輪的軸向間距。 本文所取得的研究成果為軸流泵水力設(shè)計方法的深入研究提供了借鑒，所開發(fā)的軸流泵水