轴流泵叶轮内空化流动实验研究与数值计算

发布时间：2020-10-31 02:11

　　 本文的研究工作是在国家自然科学基金项目“轴流式叶轮内非稳态空化流的研究”(No.50776040)资助下完成。 轴流泵广泛应用于农业排灌、城市供水、船舶行业及南水北调工程等国民经济重要领域。轴流泵作为大流量输送流体的旋转机械,不可避免地面临空化和汽蚀的问题。空化和汽蚀的发生会引起设备运行特性的改变、振动和噪声等一系列问题,严重时甚至会使机组无法正常运行。因此,如何提高轴流泵空化汽蚀性能是水力机械研究领域的一个重要方向。 本文从文丘里管空化流动研究入手,对不同工况下的空化流动进行拍摄实验研究与空化数值计算,进而对模型轴流泵的性能进行实验研究与空化数值计算。本文的研究工作及获得结论主要有： 1.设计了文丘里管空化流动实验台,运用高速数码摄像机对各工况下文丘里管空化流动进行拍摄记录实验,分析空泡区域的形态特征。结合拍摄的空化区域的形态及试验数据,对几种常见湍流模型在文丘里管空化流动计算的效果做了详细比较。结果表明RNG k-ε湍流模型有明显的优势。该研究为今后空化数值计算在湍流模型的选择方面提供了参考。 2.通过模型轴流泵外特性试验,得到了模型泵的能量性能与汽蚀性能曲线。为验证空化数值计算结果的准确性,先进行了非空化流动的数值计算,通过数值计算和试验对比分析,结果表明预测曲线与试验曲线趋势基本一致,预测值与试验值在设计工况附近比较吻合,这为后续的工作打下了基础。 3.基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对模型轴流泵叶轮内空化流动进行数值计算。选择不同流量(0.8Q、1.0Q、1.2Q)下空化开始发生、临界汽蚀点和空化严重时的工况比较分析叶轮内空化流动的发展情况。并对不同工况下空化发生的位置、程度等参数比较分析,主要结论有：(1)在设计流量和小流量工况下,空化最初发生在叶片背面靠近轮毂处的局部低压区；大流量工况下,空化最初发生在叶片背面进口至出口弦长的1/3处靠近轮毂的局部低压区。(2)在临界汽蚀点时,空化区域位于进口至靠近出口的位置,约占叶片背面面积的50%以上,空泡在空化区域的后部聚集；随着空化的加剧,空化区域继续向出口发展。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH312
【部分图文】：

..03.02.01.00.0，.06.07.08.0、、、、、‘‘外外{贻。。。。。。。。。。。、、、一、吸吸\\\\\\\门.................\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\‘‘‘‘\\\\\\\\耳耳耳耳耳耳耳耳耳味味味味味味味味味味味味味味味叫叫叫压批批批\\\入入切切……………………、、、、、、、、汉汉宁，，、、、澳澳)))))))))\\\\\\\\\\\\\\\\\.、、火火砚砚‘‘白、、、、、、、、、、、、、、:荤荤荤荤叹叹叹叹叹叹叹叹叹叹叹叹缀缀霎、、、、、、、、、、、、口、‘‘耳耳耳O，的卫0.0020，的30，O例0.0050，时问(。)图2.2空化泡的空化过程图

机和离心泵转轮密封环处的间隙，轴流式转轮叶片外缘与转轮室之间及叶片根部与轮毅之间的间隙，导叶关闭后形成的间隙等。(3)空腔空化。如图2.6示。水轮机在某些偏离工况运行时，在转轮出口和尾水管内会发生一个或两个旋涡带。涡带是中间含有蒸汽和其他气体的大空腔，空腔内压力很低，呈螺旋状非轴对称地在尾水管内旋转，使尾水管中流速场和压力场也发生周期性的变化。这将引起机组的振动和噪声，使机组运行不稳定，并在尾水管进口段边壁形成空蚀破坏。图2.6月空空化与空蚀(4)局部空化和空蚀。如图2.7所示。局部空化和空蚀主要是由于铸造和加工缺陷形成的表面不平整、砂眼、气孔等所引起的局部流态突然变化而造成的。如轴流式转轮中局部空化和空蚀往往发生在转轮室连接部位的不平滑的台阶处或局部凹陷处的后方，以及凹入或突出的固定螺栓处。对于混流式水轮机或离心泵往往发生在转轮上冠或后盖板减压孔的后面。一叭一~脚知图2.7局部空化与空蚀

一-上~、叹一少八怡·#训烈\\\一不一一二二乒一厂厂岁岁岁1、储液罐2、进口管路3验段7、文丘里管出口测压点n、温度传感器12、真空泵泵4、电机5、文丘里管进口测压点8、、流量计9、闸阀出口压力表扰13、高速数码摄像机14、电脑15、图4.2实验装置示意图、又丘里管实、液位计LEO光源
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李向宾;王国玉;张敏弟;鲁君瑞;;绕Hydronautics水翼空化旋涡的高速录像观察[J];工程热物理学报;2006年03期

2 陈庆光;吴墒锋;吴玉林;刘树红;张永超;王涛;;轴流式水轮机内部空化流动的数值预测[J];工程热物理学报;2006年05期

3 甘加业;薛永飞;吴克启;;混流泵叶轮内空化流动的数值计算[J];工程热物理学报;2007年S1期

4 高秋生;对液体空化机理的进一步探讨[J];河海大学学报(自然科学版);1999年05期

5 张敏弟;王国玉;鲁君瑞;;绕水翼初生空化涡的实验观测[J];力学学报;2006年04期

6 曹树良,杨辅政,吴玉林;用代数应力紊流模型预估水轮机转轮内部三维流场[J];清华大学学报(自然科学版);1998年04期

7 李安虎,李红,刘炜巍;离心泵过流部件的三维造型[J];水泵技术;2004年02期

8 杨庆,张建民,戴光清,王海云,吴健强;气核对空化比尺效应的影响[J];水力发电学报;2005年03期

9 曹树良,吴玉林,杨辅政;混流式水轮机转轮内部三维紊流的数值分析[J];水力发电学报;1997年04期

10 夏维洪,沈懋如,孙才良,孙景琴,贾春英;水中气核谱的量测[J];水利学报;1983年03期

本文编号：2863311