空化对多相混输泵内流动特性的影响
发布时间：2021-02-02 22:09
为揭示螺旋轴流式多相混输泵的空化性能及不同空化阶段下多相混输泵性能的变化规律,基于标准κ-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,对螺旋轴流式多相混输泵空化性能进行数值模拟,分析不同空化阶段空泡的发展对流速和压力分布的影响,揭示空化现象造成泵扬程下降的主要原因。结果表明,在螺旋轴流式多相混输泵内,在空化初生阶段,空泡主要集中在叶片吸力面进口处,随着空化余量的减小,空泡沿叶片吸力面流线方向逐渐延伸,当空化余量为0.8m时,空泡同时出现在压力面和吸力面上;当空化发展到压力面时,易导致混输泵的做功能力急剧下降;空泡体积分数越大,空泡末端区域的压力梯度变化就越大,会造成边界层分离和回流现象,加速空化的发展;空化会干扰叶轮内部流体的流动,使得空化区域流体的流速变化较大,从而导致流动的稳定性变差。研究结果可为多相混输泵性能的改善提供参考。
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１螺旋轴流式多相混输泵几何模型Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｏｆａｘｉａｌ－ｆｌｏｗｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｐｕｍｐ
第３８卷第５期史广泰等：空化对多相混输泵内流动特性的影响网格进行加密处理。经网格无关性验证后，最终确定整个流体域的网格数约为２６０×１０４个，叶轮和导叶流体域的网格划分情况见图２，其中叶轮和导叶区域的网格数分别约为１３０×１０４、８０×１０４个。图２叶轮及导叶网格划分Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｅｓｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒａｎｄｄｉｆｆｕｓｅｒ"#$空化模型采用ＡＮＳＹＳＣＦＸ提供的基于Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐｌｅｓｓｅｔ方程的均相流空化模型，将空化流动视为具有平均流体特征的单相流，用来计算汽相与液相之间的传质过程，两相之间的质量传输率方程［６］如下。当Ｐｓａｔ＞Ｐ，液体汽化时，单位体积相界的质量传输率ｍｌｖ为：ｍｌｖ＝ＮＢｄｍＢｄｔ＝３ｒｖρｖＲＢ２３Ｐｓａｔ－Ｐρｌ槡（１）当Ｐｓａｔ＜Ｐ，汽相液化时，单位体积内相界的质量传输率ｍｌｖ为：ｍｌｖ＝３ｒｖρｖＲＢＦ２３∣Ｐｓａｔ－Ｐ∣ρｌ槡ｓｇｎ（Ｐｓａｔ－Ｐ）（２）式中，ＮＢ为空泡个数；ｍＢ为空泡质量；ｒｖ为空核半径；ρｖ为蒸汽密度；ＲＢ为空泡半径；Ｐｓａｔ为空泡内部的压力；Ｐ为空泡周围液体的压力；ρｌ为液体密度；Ｆ为经验系数，对于不同物理状态的发生速率，Ｆ取值不同。"#%边界条件基于标准κ－ε湍流模型对定常流场进行三维数值计算，该模型考虑旋转和曲率影响，以及由相变引起的介
沿叶片流线方向整体压力逐渐降低，这是由于进口压力不断降低；在空化余量大于０．８ｍ的范围，叶片压力变化较平稳，且从进口到出口逐渐增大；当空化余量为０．８ｍ时，沿流线方向压力先保持在０ｋＰａ左右，再突增到１００ｋＰａ左右，然后逐渐增大，其中压力接近０ｋＰａ的范围刚好对应空泡分布的区域，且从相对位置０．２左右到叶片出口边的范围内压力出现了小幅波动，这是由于空化的发展对内部流场造成扰动，进而使得压力分布不均匀。图６０．５倍叶高处沿叶片流线方向的压力分布Ｆｉｇ．６Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ５０％ｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔａｌｏｎｇｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｏｆｂｌａｄｅｓｕｒｆａｃｅ由叶片吸力面压力分布曲线可知，当空化余量大于１．３ｍ时，叶片吸力面压力沿流线方向呈先小幅减小，而后大幅增加，再逐渐变大的趋势；当空化余量为１．３ｍ时，从叶片进口到相对位置·８５１·水电能源科学２０２０年
【参考文献】：
期刊论文
[1]混输泵小流量工况的空化特性[J]. 刘小兵,胡全友,史广泰,赵琴. 排灌机械工程学报. 2018(01)
[2]轴流泵叶轮叶顶区空化特性试验分析[J]. 张德胜,石磊,陈健,潘强,施卫东. 浙江大学学报(工学版). 2016(08)
[3]螺旋轴流泵内气液两相流型可视化研究[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,强睿. 工程热物理学报. 2015(09)
[4]叶片数对离心泵小流量工况空化特性的影响[J]. 付燕霞,袁寿其,袁建平,周帮伦,王鹏. 农业机械学报. 2015(04)
[5]三级螺旋轴流式混输泵可压缩流场数值模拟[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,杨珂,强睿. 农业机械学报. 2014(09)
[6]高含气率下增强叶轮内气液均匀混合的方法[J]. 张金亚,朱宏武,徐丙贵,丁矿,强睿. 排灌机械工程学报. 2012(06)
[7]轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟[J]. 施卫东,李通通,张德胜,王国涛,周岭. 农业工程学报. 2012(13)
[8]基于CFD的混流泵空化特性研究[J]. 常书平,王永生. 排灌机械工程学报. 2012(02)
[9]基于结构化网格的低比转数离心泵性能数值模拟[J]. 周水清,孔繁余,王志强,易春龙,张勇. 农业机械学报. 2011(07)
本文编号：3015447
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１螺旋轴流式多相混输泵几何模型Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｏｆａｘｉａｌ－ｆｌｏｗｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｐｕｍｐ
第３８卷第５期史广泰等：空化对多相混输泵内流动特性的影响网格进行加密处理。经网格无关性验证后，最终确定整个流体域的网格数约为２６０×１０４个，叶轮和导叶流体域的网格划分情况见图２，其中叶轮和导叶区域的网格数分别约为１３０×１０４、８０×１０４个。图２叶轮及导叶网格划分Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｅｓｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒａｎｄｄｉｆｆｕｓｅｒ"#$空化模型采用ＡＮＳＹＳＣＦＸ提供的基于Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐｌｅｓｓｅｔ方程的均相流空化模型，将空化流动视为具有平均流体特征的单相流，用来计算汽相与液相之间的传质过程，两相之间的质量传输率方程［６］如下。当Ｐｓａｔ＞Ｐ，液体汽化时，单位体积相界的质量传输率ｍｌｖ为：ｍｌｖ＝ＮＢｄｍＢｄｔ＝３ｒｖρｖＲＢ２３Ｐｓａｔ－Ｐρｌ槡（１）当Ｐｓａｔ＜Ｐ，汽相液化时，单位体积内相界的质量传输率ｍｌｖ为：ｍｌｖ＝３ｒｖρｖＲＢＦ２３∣Ｐｓａｔ－Ｐ∣ρｌ槡ｓｇｎ（Ｐｓａｔ－Ｐ）（２）式中，ＮＢ为空泡个数；ｍＢ为空泡质量；ｒｖ为空核半径；ρｖ为蒸汽密度；ＲＢ为空泡半径；Ｐｓａｔ为空泡内部的压力；Ｐ为空泡周围液体的压力；ρｌ为液体密度；Ｆ为经验系数，对于不同物理状态的发生速率，Ｆ取值不同。"#%边界条件基于标准κ－ε湍流模型对定常流场进行三维数值计算，该模型考虑旋转和曲率影响，以及由相变引起的介
沿叶片流线方向整体压力逐渐降低，这是由于进口压力不断降低；在空化余量大于０．８ｍ的范围，叶片压力变化较平稳，且从进口到出口逐渐增大；当空化余量为０．８ｍ时，沿流线方向压力先保持在０ｋＰａ左右，再突增到１００ｋＰａ左右，然后逐渐增大，其中压力接近０ｋＰａ的范围刚好对应空泡分布的区域，且从相对位置０．２左右到叶片出口边的范围内压力出现了小幅波动，这是由于空化的发展对内部流场造成扰动，进而使得压力分布不均匀。图６０．５倍叶高处沿叶片流线方向的压力分布Ｆｉｇ．６Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ５０％ｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔａｌｏｎｇｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｏｆｂｌａｄｅｓｕｒｆａｃｅ由叶片吸力面压力分布曲线可知，当空化余量大于１．３ｍ时，叶片吸力面压力沿流线方向呈先小幅减小，而后大幅增加，再逐渐变大的趋势；当空化余量为１．３ｍ时，从叶片进口到相对位置·８５１·水电能源科学２０２０年
【参考文献】：
期刊论文
[1]混输泵小流量工况的空化特性[J]. 刘小兵,胡全友,史广泰,赵琴. 排灌机械工程学报. 2018(01)
[2]轴流泵叶轮叶顶区空化特性试验分析[J]. 张德胜,石磊,陈健,潘强,施卫东. 浙江大学学报(工学版). 2016(08)
[3]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)
[4]叶片数对离心泵小流量工况空化特性的影响[J]. 付燕霞,袁寿其,袁建平,周帮伦,王鹏. 农业机械学报. 2015(04)
[5]三级螺旋轴流式混输泵可压缩流场数值模拟[J]. 张金亚,蔡淑杰,朱宏武,杨珂,强睿. 农业机械学报. 2014(09)
[6]高含气率下增强叶轮内气液均匀混合的方法[J]. 张金亚,朱宏武,徐丙贵,丁矿,强睿. 排灌机械工程学报. 2012(06)
[7]轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟[J]. 施卫东,李通通,张德胜,王国涛,周岭. 农业工程学报. 2012(13)
[8]基于CFD的混流泵空化特性研究[J]. 常书平,王永生. 排灌机械工程学报. 2012(02)
[9]基于结构化网格的低比转数离心泵性能数值模拟[J]. 周水清,孔繁余,王志强,易春龙,张勇. 农业机械学报. 2011(07)
本文编号：3015447
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