引射离心泵内部流动和空化特性研究

发布时间：2020-04-16 22:04

【摘要】：离心泵是航空航天、石油化工等领域液体输送系统的“心脏”,作为关键设备,其性能直接影响系统的整体运行。因此,如何提高离心泵的运行稳定性一直是学者们研究的热点。外特性和空化性能是衡量离心泵性能的重要指标,分析离心泵的内部流动及空化特性对泵的安全稳定运行具有重要意义。采用引射装置是提高离心泵空化性能的有效手段之一。本文使用引射装置从泵出口引回部分高压流体到泵进口,来改善离心泵的空化性能。通过实验获得了引回流量对泵外特性和空化性能的影响规律;通过数值模拟分析了引回流量对泵内部流动的影响,并在设计工况空化性能最佳时的引回流量下,对泵的内部空化流动进行了分析。该研究对有效提高离心泵的空化性能及运行稳定性具有重要意义。本文的主要研究内容如下:(1)基于三维建模软件UG对引射离心泵的全流场流道进行建模,运用ICEM软件对泵的全流场模型进行网格划分。采用计算流体力学软件CFX对泵内部的单相流动及空化流动进行了数值模拟,并将数值结果与实验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的可靠性。(2)通过对引射离心泵进行外特性和空化性能实验,发现随着引回流量的增大,泵的扬程和效率略微减小,临界汽蚀余量先减小再增大,设计工况引回6%流量时模型泵空化性能最佳。(3)在设计工况引回0~10%流量下,对引射离心泵的内部流动进行了数值模拟。重点分析了引射装置和进口管路内部速度、熵产生率和湍动能等分布,发现引回流体使引射装置和进口管路内的速度及湍动能等分布更加不均匀;随着引回流量的增大,引射装置及进口管路内熵产生率呈现出逐渐增大的趋势,说明水力损失逐渐增大。并着重分析了叶轮内的压力和湍动能变化,发现随着引回流量增大,叶轮进口的压力增加,叶轮进出口的湍动能减少。(4)在设计工况最佳引回流量下,对引射离心泵内部空化流动进行了分析。当装置汽蚀余量降低到一定程度,发现低压区域迅速占据叶轮流道中的大部分区域,同时空泡在叶片吸力面前缘产生并逐渐向叶轮出口扩散,在叶轮流道内产生了明显的涡流。在低装置汽蚀余量工况,空化破坏了叶轮径向力的规律性,并使叶轮出口压力脉动的频率由叶片通过频率转变为极小的频率(f10 Hz),此时空化是引起泵内流动不稳定的主要原因。
【图文】：

对引射离心泵的进口和出口进行了延伸。引射离心泵和引射装置的结构示意图如图2.1（a）和（b）所示。其中，图 2.1（a）中 0 和 6 分别表示引射装置出口和原离心泵的

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【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH311

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本文编号：2630077