導葉式離心泵透平工況下固液兩相流動特性分析.pdf

1、液體余壓能的高效回收利用對節(jié)能降耗，促進可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。采用離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平工況運行，以達到液流余能轉(zhuǎn)化為其他形式能量是行業(yè)內(nèi)正積極探索，大力推廣的方向。本文在自主設計的導葉式離心泵基礎上，嘗試以其反轉(zhuǎn)運行工況為研究對象，采用大渦模擬與 Mixture多相流模型相結(jié)合的數(shù)值計算方法，對液力透平運行在不同流量工況下，分別過流清水介質(zhì)和含沙水介質(zhì)的外特性和內(nèi)流場特性展開研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用標準k-ε兩方程

2、模型和Mixture多相流模型對清水介質(zhì)和固液兩相介質(zhì)進行定常計算，得到了液力透平0.7～1.4QBEP（QBEP為最優(yōu)效率流量）工況下的外特性曲線。分別對清水介質(zhì)和含沙水介質(zhì)在0.7 QBEP、1.0QBEP、1.3QBEP三種不同流量工況流道內(nèi)壓力、速度、渦量和流線等物理量和固相顆粒分布情況進行了對比分析。⑵定常計算結(jié)果表明：在流量較小的情況下，固液兩相介質(zhì)下的壓頭高于清水時的壓頭，而當流量增大至1.0QBEP左右時，固液兩相介質(zhì)下

3、的壓頭開始低于清水時的壓頭；固液兩相介質(zhì)下的效率始終明顯低于清水介質(zhì)，且最高點并未出現(xiàn)在清水介質(zhì)下1.0QBEP處，而是向大流量處偏移。沿透平工況的液流方向，壓力和速度均呈階梯式遞減規(guī)律分布，固液兩相介質(zhì)時流道內(nèi)整體壓降較清水介質(zhì)大。小流量時，顆粒的存在對流場紊亂程度的影響較大，大流量時，顆粒存在對流場紊亂程度的影響較小。⑶采用大渦模擬和 Mixture多相流模型分別對清水介質(zhì)和含沙水介質(zhì)進行了非定常計算，對0.7 QBEP、1.0QB

4、EP、1.3QBEP三種流量工況下流道內(nèi)壓力脈動情況進行了對比分析，對1.0QBEP工況下動靜葉柵流道內(nèi)渦量分布的變化情況進行了追蹤。⑷非定常計算結(jié)果表明：動靜葉柵交界面處和導葉內(nèi)監(jiān)測點壓力脈動時域周期性受到葉輪內(nèi)壓力梯度的交替變化影響明顯，且與葉片通過周期一致。各監(jiān)測點的壓力系數(shù)隨著流量的增大而逐漸增大，脈動幅度隨流量增大而逐漸減小。流道內(nèi)越靠近干涉區(qū)域，壓力脈動幅度越大，且脈動高頻成分越多。不同工況壓力脈動的主頻均為葉片通過頻率，諧