叶顶间隙对诱导轮内部气液两相流动及性能的影响

发布时间：2020-06-01 00:42

【摘要】：高速离心泵具有输送介质流量小,扬程高等特点,在石油、化工、航空航天、制药、冶金及轻工业等领域有着广泛的应用。随着输送的液态介质日趋多样化,高速泵向输送易汽化介质和气液两相介质等领域拓展。诱导轮是轴流式叶轮,在离心叶轮前增设诱导轮可以保证其具有良好的空化特性,也是保证离心泵在气液两相工况下平稳运行的有效方法之一。影响诱导轮性能的几何结构参数很多,叶顶间隙是影响其性能的主要因素之一。诱导轮在高速旋转以及内部主流与间隙流的相互作用下,内部的湍流场非常复杂;若来流含有气体时,气液两相流动使诱导轮内部流动更加复杂。因此,本文采用数值模拟和实验相结合的方法,分析了间隙和含气率对诱导轮性能和内流场的影响规律,为提高高速诱导轮离心泵的性能及空化特性提供参考。本文主要的研究内容如下:(1)采用Solidworks三维软件对诱导轮内流场进行了三维建模,运用ICEM对其进行网格划分,并进行了网格无关性验证,设置了相应边界条件,选择了合适的气液两相流模型。(2)采用CFX软件对三种叶顶间隙、五种含气率下诱导轮内流场进行了定常数值模拟计算,对比分析叶顶间隙、进口含气率和流量对诱导轮外特性、压力分布和气相分布的影响规律。(3)采用CFX软件对三种叶顶间隙、三种含气率下诱导轮内部流场进行了非定常数值模拟计算,对比分析了叶顶间隙和进口含气率对流场内气体体积分布、流线分布和相对速度分布的瞬态影响规律,并研究了叶顶间隙对气液两相流下压力脉动的影响规律。(4)设计搭建了气液两相流实验台,对诱导轮进行了不同转速、不同含气率工况下的外特性实验,与数值模拟进行了对比,验证了数值模拟的准确性。
【图文】：

诱导轮,结构示意图

（a）（b）图2.1诱导轮结构示意图为了能够准确真实的模拟诱导轮内气液两相流动，采用 SolidWorks 三维绘图软件对轮内流场进行了三维建模。整个流场包括进出口流域、诱导轮流域和缓冲件所处的腔域，其中腔体流域为保证诱导轮与叶片的相匹配性，设计了同开式叶片结构相类似的件装置。为保证整个流场内流动的平稳性，减少数值模拟计算的误差，分别对进出口行了延伸，其中进口段延伸了 3 倍管径，出口段延伸了 5 倍管径。计算域及各部件的造型如图 2.2 所示。（a）诱导轮模型（b）诱导轮流域

计算域,三维造型,诱导轮,腔体

（a）（b）图2.1诱导轮结构示意图能够准确真实的模拟诱导轮内气液两相流动，采用 SolidWorks 三维绘图场进行了三维建模。整个流场包括进出口流域、诱导轮流域和缓冲件所中腔体流域为保证诱导轮与叶片的相匹配性，设计了同开式叶片结构相。为保证整个流场内流动的平稳性，减少数值模拟计算的误差，分别对伸，，其中进口段延伸了 3 倍管径，出口段延伸了 5 倍管径。计算域及各图 2.2 所示。（a）诱导轮模型（b）诱导轮流域
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH311

【参考文献】