串列叶栅内涡流拓扑结构的辨识与产生机理分析

发布时间：2020-10-01 17:10

　　泵是输送流体或使流体增压的机械,伴随着工业的高速发展,对工业泵的各项性能要求也越来越高。大流量、高扬程、高效率、体积小是泵的发展方向。螺旋形压水室其结构的不对称,在叶轮叶片接近隔舌时会产生高压脉动对叶轮产生一个较大的径向力。带有径向导叶的螺旋形压水室被发明,大大减小了叶轮的径向力,一般应用于大型单级离心泵,在满足高扬程、高效率的同时减小叶轮所受径向力,保持泵的稳定运行。本文首先本文通过对二维模型泵进行数值仿真,分析离心泵运行时内部流场,结合涡Q判据、流线、矢量图、压力云图等一系列涡识别手段来识别二维旋涡。分析结果表明:在导叶前缘形成一个局部的高压区域,这是诱导导叶流道内旋涡产生的主要原因。高压脉动诱导导叶入口产生了旋转方向相反的两个旋涡,因这两个旋涡在导叶流道占据空间很大,因此称之为“通道涡”。导叶的尾缘会诱导旋涡的产生,本文称之为“尾涡”。隔舌受到导叶出流的冲击会在隔舌两侧都产生旋涡,此涡在隔舌脱落之后对下游流场有显著的影响,本文将此涡称作“隔舌脱落涡”。随后文章详细讲述了三类旋涡的运动方式,以及它们之间的互相作用。在第二章中通过改变静导叶安放角度,分析不同安装角度对涡舌处流动的影响。以此研究静导叶安装角度与离心泵效率、扬程之间的关系本次数值计算选取了六种不同的导叶位置安放方案,结果表明:导叶的安装位置对泵外特性有重大影响,当隔舌位于导叶出口周向夹角之间时泵的扬程和效率都是最高的。导叶叶片接近隔舌时,泵的扬程和效率均有一定程度的降低。在带有径向导叶的螺旋形压水室装配时,应使导叶出口周向夹角中间与隔舌对应。导叶安装位置对蜗壳的水力损失影响较大,对叶轮和导叶的性能以及流动影响微小。最后,本文研究了径向导叶进口边的U形切割对泵性能的影响。由上文可知,导叶和叶轮流场受动静干涉作用影响较大,故通过改变导叶和叶轮的间隙,减小干涉作用,探究其对泵外特性及内部流动的影响。以上文中最优导叶隔舌相对安放角α=22.5°模型为原模型,将导叶前缘进口边进行U形切割作为新模型。研究表明,导叶进口边进行U形切割对泵的外特性有重大影响,在相同的流量下其扬程低于原型泵,但效率高于原型泵。增大增大了导叶叶轮间隙,由动静干涉产生的冲击损失和蜗壳的水力损失都有所降低,使得泵效率提高,扬程下降主要是由于叶轮做功降低导致。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH311
【部分图文】：

云图,压力分布,云图,流场

988）研究了反导叶流道内的脱流和涡的生成原因环形空间过流面积，并将流体的转向处倒圆角（反导叶内的旋涡[28]。a）原流道b）改进后流道图 1.6 环形面积和反导叶入口优化009）研究了不同攻角下水轮机导叶内流动，负压差造成垂直叶片表明的速度分量，在叶尾形成周类似卡门涡街的现象（图 1.7）[29]。

平面图,平面,压水室,主泵

式导叶的螺旋形压水室多用于大型单级离心泵，径向导叶可以并使泵内部流动更均匀。由于叶轮叶片的动静干涉作用，在导大损失。提高导叶性能，对于提高大型单级泵的效率和稳定性构与参数选用的研究对象：加径向导叶的螺旋形压水室单级离心泵。泵组成，分别为：引水室、叶轮、径向导叶、螺旋形蜗壳以及出要参数如表 2.1 所示。核主泵平面简图如图 2.1 所示。表 2.1 主泵主要参数设计扬程设计流量转速比转速29.3m 45.7m3/h 2900r/min 94.7

模型泵,水体

对进、出口进行了 5 倍直径的延长。本文采用此模型泵进行研究。图 2.2 模型泵三维水体图2.2 数学模型2.2.1 流动控制方程离心泵的内部流动是十分复杂的三维、非定常、粘性流动，其内部流动满足三大守恒定律：质量守恒、动量守恒和能量守恒。本文使用 Fluent 对研究对象进行数值计算。泵内的工作介质视为不可压缩的流体，即流体的密度恒定不变。数值模拟中不考虑介质的温度变化，故忽略能量方程。流体进入叶轮后，叶片旋转对流体做工增加其机械能，导叶、螺旋形压水室起导流和减速增压的作用以减少速度过大所引起的水力损失。求解方程只涉及连续性方程和动量守恒方程。它们的表达式如下：（1）连续性方程：0u v wx y z + + (2.1)

【参考文献】