低扬程潜水贯流泵装置三维流动数值模拟研究

发布时间：2017-11-07 13:35

  本文关键词：低扬程潜水贯流泵装置三维流动数值模拟研究

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【摘要】：潜水贯流泵是一种低扬程大流量卧式泵型,采用机泵同轴后灯泡式结构,适用于大流量、低扬程的灌溉或排涝泵站。由于其优良的水力性能、紧凑的结构形式、良好的抗噪性和低廉的运行费用,泰州马甸泵站在重建时选用潜水贯流泵方案。马甸泵站的设计流量为60m3/s,单机流量12m3/s,灌溉设计扬程1.17m,引水扬程2.5m,叶轮直径2m。目前对于潜水贯流泵装置进行全流道三维数值模拟和分析其过流部件的水力性能和压力脉动的研究见刊较少。本文以数值模拟为研究方法,以马甸泵站为工程背景,借助商用CFD软件,研究潜水贯流泵装置内部定常流动特性和非定常流动下压力脉动特性。通过对潜水贯流泵装置进行三维定常模拟,并分析三个特征工况下潜水贯流泵装置各过流部件的内部流动特性,所得结果如下：(1)进水流道纵向结构的不对称性会影响进水流道出口的水流流态。特别在小流量工况时,这种结构上的不对称会造成进水流道进口处流速分布不均。进水流道出口处轴向速度分布均匀度随着流量的增加而增大,进水流道的水力损失与流量二次方成正相关关系。在设计工况下,进水流道出口的轴向速度分布均匀度为90%,能为叶轮室提供较好的流态。(2)叶片压力面上的静压值大于吸力面上的静压值,叶片吸力面的进口边的静压值较低,在偏工况下,容易发生汽蚀。大流量工况下,叶轮内脱流现象会先在轮毂处出现,后随流量的增大向轮缘处发展。(3)小流量工况下,导叶体内存在大范围的漩涡,影响泵装置水力性能。导叶对能量回收效果较好的Q/QD范围在1.000～1.037之间,设计工况时导叶能量回收效果较好。(4)出水灯泡段有调整和约束从导叶流出的水流作用。出水段水力损失最小值的Q/QD范围为1.000-1.037,出水段的水力损失与泵装置运行工况相关,在设计工况时,出水段的水力性能较优。(5)CFD对泵装置水力性能的预测与模型试验所得趋势基本一致,试验与CFD预测的高效区的范围基本吻合。在三个特征工况下对潜水贯流泵装置进行三维非定常模拟,分析了各过流部件的压力脉动,其结果如下：(1)设计工况下,进水流道内部脉动主频主要为低频脉动；小流量工况和大流量工况,进水流道内部脉动主频为高频脉动。大流量工况下,进水流道内部流动受到叶轮转动的影响较显著。(2)叶轮进口压力脉动的主频均为叶频,此处水流的流态受到叶轮旋转的影响。设计工况时,脉动主频对应幅值最小,叶轮进口处具有更优的流态。(3)各个工况下,叶轮出口断面的压力脉动幅值在轮毂和轮缘处较小。设计工况下,叶轮出口断面轮毂处的水流环量较小,受叶轮旋转影响较小。大流量工况下,导叶对水流环量的回收有限,叶轮内存在脱流及回流,使得叶轮出口断面压力脉动复杂而混乱。(4)小流量工况下导叶出口断面近壁区的水流流动较稳定,其它区域的水流流态较差。大流量工况下,导叶出口断面的大部分区域的脉动主频仍受到叶轮转动的影响,导叶对水流的环量回收效果较差。(5)偏设计工况时出水流道内的水流的压力脉动较为强烈,导叶对水流环量回收较差,对出水段内的水流流态有明显的影响。在设计工况下,出水流道内脉动主频为35.57Hz(2倍转频),与进水流道内主频一致,脉动幅值顺水流方向逐渐减小。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV136.2

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本文编号：1152646