离心泵内尾迹干涉流动及压力脉动实验研究

发布时间：2020-06-01 05:20

【摘要】：叶片-隔舌动静干涉作用以及叶片出口尾迹流动所诱发的压力脉动是导致离心泵振动噪声的重要因素。在国家自然科学基金项目(泵内受迫湍流的涡动力学特征及其激励机制NO51576090)资助下以一台单级单吸离心泵为研究对象,基于PIV测量和压力脉动实验,探究离心泵内尾迹与隔舌的干涉流动及压力脉动特性;对叶片尾缘进行修型,通过压力脉动实验研究叶片尾缘形状对泵动态特性的影响,为离心泵的优化设计及减振降噪提供有益参考。论文的主要工作和成果如下:1、通过PIV测量捕获不同工况下叶片扫过隔舌过程的流场信息,数据处理后获得时均绝对速度场、时均相对速度场、时均涡量场以及POD模态等信息,并据此分析尾迹与隔舌的干涉流动特性。结果表明:尾迹涡量能够清晰的显示出尾迹与隔舌的动静干涉作用,尾迹涡由正负涡量组成,正涡量来自叶片压力面,负涡量来自于叶片吸力面,且两者以叶轮出口圆周为界对称分布。当尾迹扫过隔舌时,尾迹涡与隔舌撞击,产生分离脱落且脱落涡涡量较大。流量对尾迹涡的范围及脱落涡涡量的大小有显著影响,随流量增大呈先减小再增大趋势,在1.0Q_d时尾迹涡涡量最小。POD模态能量及脉动速度场表明,脉动速度与平均速度相差2个数量级,脉动速度场中速度较大的位置分布具有随机性。2、在蜗壳周向及泵进出口布置压力脉动测点,采集了不同工况下各测点的压力脉动信号,分析了离心泵内尾迹流动对压力脉动的影响及两者之间的关联关系。结果表明:时域信号显示压力脉动基本呈周期变化特性,不同工况下压力脉动幅值波动差异显著。频谱中压力脉动能量主要集中在4倍叶频以内,叶频为主频且幅值远大于其他频率处。叶频处压力脉动幅值以及压力脉动RMS值在蜗壳周向均呈波形变化,且波动范围随流量增大呈先减小再增大趋势,在1.0Q_d时波动范围最小。随流量增大整泵的压力脉动能量呈先减小再增大的趋势,在1.0Q_d时整泵的压力脉动最弱,说明偏工况运行会明显增强压力脉动,且偏离设计工况越大,压力脉动越强。压力脉动随流量的变化规律与尾迹涡强度随流量的变化规律相一致,即尾迹涡强度与压力脉动强度密切相关;而压力脉动在蜗壳周向上的波动性,也说明了尾迹涡在蜗壳周向上为非轴对称分布且涡量大小在各处均不相同。3、通过对原始叶片尾缘依次进行工作面修薄及斜切15°、25°、35°,共计4次修型,来分析叶片尾缘形状对模型泵尾迹流动及压力脉动的影响。结果表明:叶片尾缘修薄可以削弱整泵在大流量下的压力脉动,叶片尾缘斜切的三个方案均可从关死点到1.6Q_d范围内减弱整泵的压力脉动水平,而斜切25°方案最优,说明叶片尾缘斜切可以有效的降低尾迹涡强度。
【图文】：

离心泵内尾迹干涉流动及压力脉动实验研究

PIV实验现场

木模图,叶轮,蜗壳,叶片包角

叶轮与蜗壳的木模图
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH311

【参考文献】