導(dǎo)葉式混流泵壓力脈動(dòng)特性研究.pdf

1、混流泵的結(jié)構(gòu)和性能介于傳統(tǒng)的離心泵和軸流泵之間，目前被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域?；炝鞅迷趯?shí)際運(yùn)行當(dāng)中，由于葉輪與導(dǎo)葉的動(dòng)靜干涉作用而引起的壓力脈動(dòng)，是導(dǎo)致混流泵機(jī)組的不穩(wěn)定運(yùn)行以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)加劇的主要水力因素之一，同時(shí)還有可能引發(fā)進(jìn)一步的局部空化，甚至有可能誘發(fā)共振，嚴(yán)重威脅著混流泵的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
　　本課題針對(duì)型號(hào)為250HW-32，比轉(zhuǎn)速ns為500的導(dǎo)葉式混流泵，在進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性以及時(shí)間步長(zhǎng)無(wú)關(guān)性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了以

2、下幾個(gè)方面的工作:
　　1)基于三種不同湍流模型（standardκ-ε、RNGκ-ε和SSTκ-ω模型）以及采用多參考系模型(MRF)進(jìn)行定常數(shù)值計(jì)算，并進(jìn)行了混流泵外特性預(yù)測(cè)和內(nèi)部流場(chǎng)分析;
　　2)基于RNGκ-ε模型、滑移網(wǎng)格技術(shù)(moving mesh)進(jìn)行了非定常數(shù)值計(jì)算，并將非定常和定常計(jì)算的混流泵外特性進(jìn)行對(duì)比分析;
　　3)通過(guò)在導(dǎo)葉式混流泵流場(chǎng)中沿三個(gè)方向布置壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式，分別針對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)

3、位置（進(jìn)水管、過(guò)渡流道、空間導(dǎo)葉以及出水管）和運(yùn)行工況，開(kāi)展非定常壓力脈動(dòng)特性研究，并進(jìn)行了相應(yīng)的時(shí)域、頻域以及流場(chǎng)分布情況的對(duì)比分析;
　　4)分別針對(duì)不同葉輪葉片數(shù)、葉輪與導(dǎo)葉之間的間隙以及導(dǎo)葉葉片數(shù)建立三維導(dǎo)葉式混流泵計(jì)算模型，采用在流場(chǎng)中布置壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式，進(jìn)行了非定常數(shù)值計(jì)算，并對(duì)流場(chǎng)中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)值進(jìn)行了時(shí)域和頻域分析;
　　通過(guò)研究及對(duì)數(shù)據(jù)的分析得出以下主要結(jié)論:
　　1)就外特性而言，當(dāng)流量

4、系數(shù)Ψ取值在0.6～0.75范圍內(nèi)時(shí)，RNG k-ε和SSTκ-ω模型準(zhǔn)確的反應(yīng)出了混流泵流量-揚(yáng)程曲線的正斜率特性，更加適合于該混流泵的外特性預(yù)測(cè)。就內(nèi)部流場(chǎng)而言，在設(shè)計(jì)工況附近，3種湍流模型計(jì)算的葉片表面靜壓的分布情況和變化趨勢(shì)較為接近，均能滿足混流泵數(shù)值模擬要求;在非設(shè)計(jì)工況下，SSTκ-ω模型表現(xiàn)出較好的適用性和計(jì)算的可靠性。
　　2)就定常與非定常數(shù)值計(jì)算比較而言，兩者所得的混流泵外特性相對(duì)誤差較小，因此，針對(duì)壓力脈動(dòng)特

5、性的研究采用非定常計(jì)算的方法，同時(shí)可以采用定常計(jì)算的方法進(jìn)行外特性預(yù)測(cè)。
　　3)從泵的進(jìn)口到出口:壓力脈動(dòng)的主頻始終為葉頻，并逐漸出現(xiàn)了部分高頻和低頻脈動(dòng)成分;壓力脈動(dòng)的幅值先增大后減小，在過(guò)渡流道內(nèi)達(dá)到最大;壓力脈動(dòng)的波形和流場(chǎng)分布沿著圓周方向存在較好的周期性;時(shí)域、頻域分析結(jié)果與流場(chǎng)分布情況之間存在一致性，壓力脈動(dòng)的產(chǎn)生正是由于流場(chǎng)中高壓區(qū)與低壓區(qū)的交替出現(xiàn)，葉片進(jìn)口邊、出口邊掠過(guò)的區(qū)域及葉片進(jìn)口邊的前延部分、葉片出口邊的尾

6、跡部分壓力脈動(dòng)的幅值較大;進(jìn)水管內(nèi)壓力脈動(dòng)的波形較為穩(wěn)定且幅值衰減較快，其幅值隨著半徑的增加而逐漸增大;過(guò)渡流道內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)了較為明顯的二次波峰和波谷現(xiàn)象;空間導(dǎo)葉及出水管內(nèi)壓力脈動(dòng)波充分混摻且幅值衰減較慢，二次波峰和波谷現(xiàn)象減弱;
　　4)不論運(yùn)行工況如何變化，壓力脈動(dòng)的主頻始終為葉頻;進(jìn)水管內(nèi)壓力脈動(dòng)的幅值隨著流量的增加而減小;過(guò)渡流道、空間導(dǎo)葉以及出水管中出現(xiàn)了葉頻、軸頻和高頻三種壓力脈動(dòng)成分，隨著運(yùn)行工況的不同，上述三個(gè)區(qū)域

7、內(nèi)三種頻率成分的脈動(dòng)幅值變化不盡相同;
　　5)隨著葉輪葉片數(shù)從3枚增加到5枚，混流泵揚(yáng)程逐漸增大，最優(yōu)工況和大流量工況下效率隨葉片數(shù)的增多而升高，小流量工況下，葉輪葉片數(shù)為4枚時(shí)效率較高;葉輪與導(dǎo)葉之間的間隙對(duì)混流泵的揚(yáng)程影響不大，但是為保證較高的效率需要選取適中的間隙（d=0.45b2）;設(shè)計(jì)工況下，導(dǎo)葉葉片數(shù)對(duì)混流泵揚(yáng)程和效率影響不大，大流量工況下，揚(yáng)程和效率隨著導(dǎo)葉葉片數(shù)的增加逐漸降低，小流量工況下，隨著導(dǎo)葉葉片數(shù)的增加，