流动参数对混输泵全流道内气液相间作用特性的影响
发布时间：2021-11-08 14:44
为了解流动参数对混输泵内气液相间作用特性的影响,针对不同进口含气率（3%、9%、15%）、不同流量（0.75Qd、Qd、1.25Qd）和不同进口气泡直径（0.1 mm、0.4 mm、0.7 mm、1.0 mm）条件,利用ANSYS CFX对一叶片式气液混输泵进行了全流道数值模拟。计算结果表明:不同进口含气率下,泵内气液相间作用力中均是阻力起主导作用,湍流弥散力大小可忽略;随进口含气率增加,各相间作用力逐渐增大,且叶轮内相间作用力的增大幅度大于导叶。当Q=0.75Qd时,叶轮进口处阻力、附加质量力、升力以及叶轮内阻力均出现了明显增大。同时,进口气泡直径增加,叶轮内阻力、附加质量力和升力均增大,而导叶内相间作用力的变化相对较小。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２叶轮和导叶网格??Ｆｉｇ．?２?Ｍｅｓｈ?ｆｏｒ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ?ａｎｄ?ｇｕｉｄｅ?ｖａｎｅ??
１９１２??工程热物理学报??４１卷??输泵内气液相间作用一直是研究的难点，相关研究??相对较少，文献［７］？［９］虽然对该类泵内气液相间??作用力的量级及变化规律进行了初步计算分析，但??相关研究仍有待进一步深入研究。??本研究基于欧拉双流体模型，利用ＡＮＳＹＳ?ＣＦＸ??软件对一气液混输泵内流动进行了全流道数值模拟，??探讨了进口含气率、流量、进口气泡直径等参数对泵??内气液相间力的影响，进一步了解了叶片式混输泵??内气液相间作用特性。??１研究对象??图１是气液混输泵的试验泵模型，包括进出口管??道、叶轮和导叶四部分。该泵的设计流量为５０?ｍ３／ｈ、??设计转速２９５０?ｒ／ｍｉｎ、设计扬程１５?ｍ、叶轮和导叶??叶片数分别为４和１１．为了便于高速摄影机观察泵??内气泡的运动及分布规律，叶轮和导叶的外壳均用??透明的有机玻璃加工而成。??阻力通常被认为最重要的气液相间作用力，计??算表达式为：??？Ｆｂ．ｉ?＝—办名＝｜ｙｇ?—?Ｖｉ｜?（Ｖｇ?－?Ｔ４）?（３）??其中，是气泡直径；ＣＤ为阻力系数，其通常是决??定阻力模型精度的关键。由于目前被广泛用于混输??泵的Ｓｃｈｉｌｌｅｒ?Ｎａｕｍａｎｎ模型和定常阻力系数模型对??于较大进口含气率工况预测不够精确，因此对阻力??模型系数进行了修正，修正后的阻力模型系数为：??／?２４?（１?＋?０．１ｉ？ｅｇ－７５）／ｉ？ｅｂ，?＼??＾Ｄ－ｍ?￣?ｎｉａｘ?Ｑ?／??Ｉ?（４）??、＃ｂ＾／（Ｐｉ－Ｐｇ）分／。（１—〇ｇ）?〇?’５?乂??附加质量力、升力和湍流弥散力的计算表达式??如式（５）？（７），其中，ＣＡ、Ｃｔ、ＣＴ分别为各相间作用?
结转子法。在数值求解方面，??对流项和湍动能相均采用二阶迎风格式求解，收敛??残差为ｌｘｌＯ－４。??３结果与讨论??３．１计算模型验证??关于本文采用的数值计算模型的可靠性已在??文献［１３］进行了详细介绍。通过与试验工况对??比，纯水设计工况数值计算的效率和扬程相对误??差分别为０．９４％和２．９７％。当进口含气率分别为??３％、９％、１５％和２１％时，数值计算得到的栗扬程??相对误差分别为３．００％、２．０７％、３．３０％和１．５７％。??３．２进□含气率的影响??图３是当进口含气率分别为３％、９％、１５％时，??叶轮和导叶流道内阻力、附加质量力、升力和湍流??弥散力沿着流动方向的变化对比。由图３可知，整??体上，叶轮和导叶流道内四种气液相间作用力的大??小顺序分别为阻力、升力／附加质量力、湍流弥散力，??且湍流弥散力的大小与其余三种力相比可以忽略。??同时，在叶轮进口及出口处的阻力、升力和附加质??量力均出现了明显地突然增大现象。??随着进口含气率的增加，叶轮和导叶流道内各??相间作用力均逐渐增大，这是因为由阻力、附加质??量力和升力的计算表达式（３）、（５）、（６）可知，含气??率是影响相间作用力大小的因素之一，且与其成正??相关关系。随着进口含气率的增加，气体在叶轮和??导叶流道内的聚集程度逐渐增大（如图４），阻塞了??流道，减小了过流面积，进而使流道内的气液流动??变得更加紊乱，相间作用增强。??３．３流量的影响??通过３．２节分析，湍流弥散力的大小相对其余三??轴面相对距离ｚ／／??（ｄ）湍流弥散力??图３不同进口含气率下叶轮和导叶流道内相间作用力对比??Ｆｉｇ．?３?Ｉｎｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶顶间隙对低比转速混流泵性能及内部流场影响的数值研究[J]. 张文武,余志毅,祝宝山,杨策. 机械工程学报. 2017(22)
[2]螺旋轴流泵内气液两相流型可视化研究[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,强睿. 工程热物理学报. 2015(09)
本文编号：3483896
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２叶轮和导叶网格??Ｆｉｇ．?２?Ｍｅｓｈ?ｆｏｒ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ?ａｎｄ?ｇｕｉｄｅ?ｖａｎｅ??
１９１２??工程热物理学报??４１卷??输泵内气液相间作用一直是研究的难点，相关研究??相对较少，文献［７］？［９］虽然对该类泵内气液相间??作用力的量级及变化规律进行了初步计算分析，但??相关研究仍有待进一步深入研究。??本研究基于欧拉双流体模型，利用ＡＮＳＹＳ?ＣＦＸ??软件对一气液混输泵内流动进行了全流道数值模拟，??探讨了进口含气率、流量、进口气泡直径等参数对泵??内气液相间力的影响，进一步了解了叶片式混输泵??内气液相间作用特性。??１研究对象??图１是气液混输泵的试验泵模型，包括进出口管??道、叶轮和导叶四部分。该泵的设计流量为５０?ｍ３／ｈ、??设计转速２９５０?ｒ／ｍｉｎ、设计扬程１５?ｍ、叶轮和导叶??叶片数分别为４和１１．为了便于高速摄影机观察泵??内气泡的运动及分布规律，叶轮和导叶的外壳均用??透明的有机玻璃加工而成。??阻力通常被认为最重要的气液相间作用力，计??算表达式为：??？Ｆｂ．ｉ?＝—办名＝｜ｙｇ?—?Ｖｉ｜?（Ｖｇ?－?Ｔ４）?（３）??其中，是气泡直径；ＣＤ为阻力系数，其通常是决??定阻力模型精度的关键。由于目前被广泛用于混输??泵的Ｓｃｈｉｌｌｅｒ?Ｎａｕｍａｎｎ模型和定常阻力系数模型对??于较大进口含气率工况预测不够精确，因此对阻力??模型系数进行了修正，修正后的阻力模型系数为：??／?２４?（１?＋?０．１ｉ？ｅｇ－７５）／ｉ？ｅｂ，?＼??＾Ｄ－ｍ?￣?ｎｉａｘ?Ｑ?／??Ｉ?（４）??、＃ｂ＾／（Ｐｉ－Ｐｇ）分／。（１—〇ｇ）?〇?’５?乂??附加质量力、升力和湍流弥散力的计算表达式??如式（５）？（７），其中，ＣＡ、Ｃｔ、ＣＴ分别为各相间作用?
结转子法。在数值求解方面，??对流项和湍动能相均采用二阶迎风格式求解，收敛??残差为ｌｘｌＯ－４。??３结果与讨论??３．１计算模型验证??关于本文采用的数值计算模型的可靠性已在??文献［１３］进行了详细介绍。通过与试验工况对??比，纯水设计工况数值计算的效率和扬程相对误??差分别为０．９４％和２．９７％。当进口含气率分别为??３％、９％、１５％和２１％时，数值计算得到的栗扬程??相对误差分别为３．００％、２．０７％、３．３０％和１．５７％。??３．２进□含气率的影响??图３是当进口含气率分别为３％、９％、１５％时，??叶轮和导叶流道内阻力、附加质量力、升力和湍流??弥散力沿着流动方向的变化对比。由图３可知，整??体上，叶轮和导叶流道内四种气液相间作用力的大??小顺序分别为阻力、升力／附加质量力、湍流弥散力，??且湍流弥散力的大小与其余三种力相比可以忽略。??同时，在叶轮进口及出口处的阻力、升力和附加质??量力均出现了明显地突然增大现象。??随着进口含气率的增加，叶轮和导叶流道内各??相间作用力均逐渐增大，这是因为由阻力、附加质??量力和升力的计算表达式（３）、（５）、（６）可知，含气??率是影响相间作用力大小的因素之一，且与其成正??相关关系。随着进口含气率的增加，气体在叶轮和??导叶流道内的聚集程度逐渐增大（如图４），阻塞了??流道，减小了过流面积，进而使流道内的气液流动??变得更加紊乱，相间作用增强。??３．３流量的影响??通过３．２节分析，湍流弥散力的大小相对其余三??轴面相对距离ｚ／／??（ｄ）湍流弥散力??图３不同进口含气率下叶轮和导叶流道内相间作用力对比??Ｆｉｇ．?３?Ｉｎｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶顶间隙对低比转速混流泵性能及内部流场影响的数值研究[J]. 张文武,余志毅,祝宝山,杨策. 机械工程学报. 2017(22)
[2]螺旋轴流泵内气液两相流型可视化研究[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,强睿. 工程热物理学报. 2015(09)
本文编号：3483896
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