离心泵导叶内失速流动特性及其产生机理研究
发布时间：2020-03-24 20:33
【摘要】：离心泵因为其本身流道扩散度为正以及叶片曲率大等问题,使得离心泵运行在小流量工况时极易发生失速现象,旋转失速是一种常见的且危害较大的失速形式,对于叶片式泵来说导叶式离心泵因为其特殊机构更容易发生旋转失速等不稳定流动现象,造成水泵流量扬程曲线产生驼峰、低频压力脉动和水力激振力、流动噪声等危害。针对国内外将主要关注点放在离心泵叶轮内部而忽略导叶内的旋转失速这一研究现状,本研究将主要关注点放在了导叶式离心泵导叶通道内部,本研究在实验测试和数值模拟结果的基础上,对一导叶式离心泵导叶通道内部三维流动进行了研究。主要研究内容包括:(1)对全运行工况范围内的泵进行数值模拟,系统的研究了导叶对离心泵性能的影响以及驼峰区的产生区间;(2)系统的分析了导叶式离心泵导叶内部旋转失速产生机理,并应用了互功率谱的旋转失速判定方法对流动特征、发展及传播规律进行了分析;(3)对比了有、无导叶时叶轮内部流动特征,分析了导叶对叶轮内部流动特征的影响;(4)应用Omega涡识别方法对驼峰区内特征工况点进行了导叶通道内部涡识别,探究涡的发展规律以及旋转失速成因;(5)应用涡体积积分对导叶式离心泵不同部件进行损失分析,探究驼峰区成因;(6)对导叶数目以及径向间隙参数进行单一变量分析,并探讨了离心泵本身几何参数对导叶内旋转失速的影响。研究结果表明:(1)导叶式离心泵在小流量工况会产生“驼峰”区现象,在非驼峰区段导叶对叶轮内部流动影响不大,但伴随驼峰区的波动叶轮流道内流动出现了对应的变化,在波峰段叶轮流道内流态变好,在波谷段叶轮内流态变坏,伴随着驼峰区的波动导叶内部损失也发生了对应的变化,其损失变化曲线与驼峰曲线相近;(2)小流量工况下导叶内部流动形式复杂,失速团的数目会随着运行工况的减小而增多,但旋转失速产生的脉动频率并不会随着运行工况的改变发生一致性的频率变大变小行为,部分运行工况导叶内可能同时出现多种失速团运动形式,如固定失速和旋转失速会在0.35Q_0工况同时出现,失速团在流道内旋转时表现为非同步旋转的特性;(3)对具有强旋转性的涡结构进行分析,发现随着运行工况的改变,涡在导叶流道内产生的相对位置发生了改变,涡向也发生了改变,在流道内主要以流向涡、周向涡和展向涡的形式存在;(4)对导叶数目和径向间隙两个影响导叶入流条件的因素进行研究发现,导叶内部失速团的失速类型是受导叶叶片数和失速团数目两者的共同影响,在本研究中当导叶数目为9失速团数目为3时发生固定失速现象,当失速团数目和导叶叶片数不是整数倍的关系时,导叶叶片数只影响失速团的旋转频率,不改变失速团的失速形式;径向间隙会改变失速团在导叶流道的分布方式、旋转方式、旋转方向以及压力脉动等。
【图文】：
由于现代流动分析和试验测量方法的提高，学者们对“射流－尾迹〃已经有了一定的逡逑认识。＂射流－尾迹〃模型是指离心叶轮通道是由相对速度较小的尾流区和近似于无粘流动逡逑的射流Ｍ所组成，这种现象即使在最佳：Ｅ况点也会存在［１２４４］。如图１－３所示［１５］，离心泵叶逡逑轮内的真实速度分布与理想速度分布存在很大的差异，尾流区＿通常存在于前盖板表面和叶逡逑片吸力面上＊射流区通常位于后盖板表面和叶片工作面。逡逑在“射流－尾迹”的影响下，尾流区和射流区之间存在的过大速度梯度，会在叶片的逡逑压力面和吸力面形成一个射流－尾迹剪切层，位于叶片工作面的射流影响了叶片背面的流逡逑体流动，在叶片背面出口位置形成局部高压区，使得在叶片背面出现相对低压区，形成了逡逑失速涡，造成水力损失，这和叶轮内损失主要集中在尾流区这＃定论具有－致性。逡逑射流邋＼逦出口剖面逡逑a晡蒎义希ǎ幔┢矫驽危ǎ猓┲崦驽义贤迹保忱胄囊堵帜诘恼媸邓俣确植迹郏保担蒎义希疲椋纾澹卞澹冲澹裕颍酰邋澹觯澹欤铮悖椋簦澹洌椋螅簦颍椋猓酰簦椋铮铄澹椋铄澹悖澹睿簦颍椋妫酰纾幔戾澹椋恚穑澹欤欤澹颍郏保担蒎义希冲义，
本文编号：2598823
【图文】：
由于现代流动分析和试验测量方法的提高，学者们对“射流－尾迹〃已经有了一定的逡逑认识。＂射流－尾迹〃模型是指离心叶轮通道是由相对速度较小的尾流区和近似于无粘流动逡逑的射流Ｍ所组成，这种现象即使在最佳：Ｅ况点也会存在［１２４４］。如图１－３所示［１５］，离心泵叶逡逑轮内的真实速度分布与理想速度分布存在很大的差异，尾流区＿通常存在于前盖板表面和叶逡逑片吸力面上＊射流区通常位于后盖板表面和叶片工作面。逡逑在“射流－尾迹”的影响下，尾流区和射流区之间存在的过大速度梯度，会在叶片的逡逑压力面和吸力面形成一个射流－尾迹剪切层，位于叶片工作面的射流影响了叶片背面的流逡逑体流动，在叶片背面出口位置形成局部高压区，使得在叶片背面出现相对低压区，形成了逡逑失速涡，造成水力损失，这和叶轮内损失主要集中在尾流区这＃定论具有－致性。逡逑射流邋＼逦出口剖面逡逑a晡蒎义希ǎ幔┢矫驽危ǎ猓┲崦驽义贤迹保忱胄囊堵帜诘恼媸邓俣确植迹郏保担蒎义希疲椋纾澹卞澹冲澹裕颍酰邋澹觯澹欤铮悖椋簦澹洌椋螅簦颍椋猓酰簦椋铮铄澹椋铄澹悖澹睿簦颍椋妫酰纾幔戾澹椋恚穑澹欤欤澹颍郏保担蒎义希冲义，
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