微型高速泵内空化流动的数值分析

发布时间：2019-08-08 19:15

【摘要】：以一台单级微型高速离心泵为研究对象,对其内部空化流动进行全流场数值模拟,分析了3种流动系数和不同空化数时该离心泵叶片流道内的空泡、静压以及相对速度分布规律。研究结果表明:空泡最先在叶片吸力侧前缘产生,该空泡区随着空化数的减小沿着叶片吸力侧向出口尾缘迁移和扩大,且呈非对称分布。在相同空化数下,随着流量系数的增加叶片流道内的空化区域变大;叶片吸力侧中间区域出现低速区并在叶片间流道内发展,同时,叶片尾缘处的高速区向叶轮内延伸,表明空泡造成叶轮内流道的堵塞,阻碍液体的流动;在叶片吸力面侧,空泡体积分数的最大值主要分布在叶片中间靠近轮毂的位置,而在压力面侧位于叶片前缘的机匣附近。初步建立了关于微型高速离心泵内空泡流动的一个较完整的认识。
【图文】：

数对微型高速泵内流动进行空化数值模拟，分析流道内的静压和空泡分布规律，为改善微型高速泵的设计与应用提供参考意义。１计算模型及网格划分１．１离心泵参数本文选取一台比转速为１６９的单级微型高速离心泵作为数值计算对象，其主要设计参数如表１所示，其中Ｑｄ为设计流量，Ｈ为设计扬程，ｎ为转速，Ｄ２为叶轮外径，ｂ２为叶轮出口宽度，β２为叶轮出口安放角，ｚ为叶片数。采用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件对离心泵的叶轮和蜗壳等过流部件流道进行三维建模，如图１所示，整个计算区域由进、出口延伸段、叶轮和蜗壳４部分构成，为了减弱进出口处过大的速度梯度和回流对计算准确性的影响，在进出口处添加延伸段使流体得到充分发展。表１离心泵设计参数Ｔａｂｌｅ１ＤｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐＱｄ／（ｍ３·ｈ－１）Ｈ／ｍｎ／（ｒ·ｍｉｎ－１）Ｄ２／ｍｍｂ２／ｍｍβ２／（°）ｚ１３．２３０１００００５５４３９３图１离心泵流道造型Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｐａｓｓａｇｅｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ１．２划分网格及无关性验证由于离心泵叶片的扭曲和蜗壳的螺旋造成了流道计算域的几何形状复杂，本文采用ＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤ软件中适应性更强的四面体非结构网格进行流道网格划分，并在叶片表面和隔舌周围处采用局部加密优化，如图２所示。为了保证流道网格数目对数值计算结果的可靠性，选取４组不同网格数目，在设计流量下通过计算所得扬程和效率值对比进行网格无关性验证，网格数和性能计算值如表２所示。图２叶轮

ｐＱｄ／（ｍ３·ｈ－１）Ｈ／ｍｎ／（ｒ·ｍｉｎ－１）Ｄ２／ｍｍｂ２／ｍｍβ２／（°）ｚ１３．２３０１００００５５４３９３图１离心泵流道造型Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｐａｓｓａｇｅｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ１．２划分网格及无关性验证由于离心泵叶片的扭曲和蜗壳的螺旋造成了流道计算域的几何形状复杂，本文采用ＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤ软件中适应性更强的四面体非结构网格进行流道网格划分，，并在叶片表面和隔舌周围处采用局部加密优化，如图２所示。为了保证流道网格数目对数值计算结果的可靠性，选取４组不同网格数目，在设计流量下通过计算所得扬程和效率值对比进行网格无关性验证，网格数和性能计算值如表２所示。图２叶轮和蜗壳隔舌处的网格Ｆｉｇ．２Ｇｒｉｄｏｆｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒａｎｄｔｏｎｇｕｅ表２网格信息及无关性分析Ｔａｂｌｅ２Ｍｅｓｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｅｓｈｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ网格方案计算域进口叶轮蜗壳出口全流道效率η／％Ｈ／ｍ１１０９１７０１９６４００２４８７５３１３１０００６８４３８１７５．９２３０．９７２１８３１２１３６９９９４４７９０１９２２１４７３１２５１８３４７６．２１３０．５０３１９６９１８４７４４６７７７８２１６２３２８１６１６８２４１７７７．３２３０．３６４２５８０７３６０３０２５８０９１６６３０４１０７１９７４３７１７７．２８３０．３８１４２
【作者单位】： 华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(51176048)
【分类号】：TH311

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈笑然;章林柯;阎兆立;陈杰;程晓斌;;基于主动超声的轴流水泵空化监测方法研究[J];工程设计学报;2011年03期

2 赖喜德;廖功磊;曾维国;;离心泵的空化流数值模拟与空化余量预测[J];西华大学学报(自然科学版);2013年02期

3 高波;杨敏官;李忠;康灿;;空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究[J];工程热物理学报;2012年06期

4 陈喜阳;郭庆;孙建平;张克危;;空化对离心泵低频水力振动影响的数值研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2014年06期

5 李军;刘立军;李国君;丰镇平;;空化数对离心泵水力性能影响的数值研究[J];工程热物理学报;2010年05期

6 王松林;谭磊;王玉川;;离心泵瞬态空化流动及压力脉动特性[J];振动与冲击;2013年22期

7 张德胜;王海宇;施卫东;邵佩佩;潘大志;;不同空化数下轴流泵叶顶间隙区空化特性[J];农业机械学报;2014年02期

8 刘厚林;刘东喜;王勇;庄宿国;;基于Kunz模型的离心泵空化流数值计算[J];华中科技大学学报(自然科学版);2012年08期

9 李军;刘立军;丰镇平;;附着空化流动下离心泵水力性能数值预测[J];西安交通大学学报;2006年03期

10 马富银;杨国平;吴伟蔚;;泵的空化现象研究进展[J];流体机械;2011年04期

相关硕士学位论文 前6条

1 张文军;离心泵全流道内空化流场的数值模拟及预测[D];兰州理工大学;2008年

2 姬凯;轴流泵叶轮内空化流动实验研究与数值计算[D];江苏大学;2010年

3 贾风昌;含气量和剪切空化实验研究[D];浙江大学;2008年

4 龙正;液压节流阀内部空化流动特性的研究[D];中国矿业大学;2014年

5 陆鹏波;高温高压混流泵空化及其对泵结构设计影响分析[D];大连理工大学;2012年

6 许威;轴流泵空化流场数值仿真研究[D];华中科技大学;2013年

本文编号：2524549