离心泵气蚀性能的数值计算与分析

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1、第３８卷第１０期华中科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１０２０１０年１０月Ｊ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｏｃｔ．２０１０离心泵气蚀性能的数值计算与分析杨孙圣孔繁余周水清王文廷（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘要：为了对离心式叶片泵发生气蚀时的内部气－液两相流动进行深入分析，应用计算流体力学（ＣＦＤ）技术对一台比转速为１９１的离心泵的气蚀性能进行了定常数值计算，得到了气蚀发生时泵内部气－液两相分布规律和温度分布规律，并对临界

2、气蚀余量（ＮＰＳＨｃ）时叶轮内部的气泡分布规律进行了探讨，得到了泵在临界气蚀余量时外特性下降的原因；对该实型泵进行了实验研究，实验结果验证了数值计算的准确度．关键词：离心泵；气蚀性能；气－液两相流；数值模拟；流体力学中图分类号：ＴＨ３１１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－４５１２（２０１０）１０－００９３－０３ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｃａｖｉｔａｔｉｏｎＹａｎｇＳｕｎｓｈｅｎｇＫｏｎｇＦａｎｙｕＺｈｏｕＳｈｕｉｑｉｎｇＷａｎｇＷｅｎｔｉｎｇ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ

3、ＣｅｎｔｅｒｏｆＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，ＪｉａｎｇｓｕＣｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ－ｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｓｉｄｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｗｈｅｎｔｈｅｃａｖｉｔａ－ｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓ，ａｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｍｅｔｈｏｄ．

4、Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ－ｐｈａｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎａｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｗｉｔｈｉｔｓｓｐｅｃｉｆｉｃｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅｂｕｂｂｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｃｒｉｔｉｃａｌｎｅｔｐｏｓｉｔｉｖｅｓｕｃｔｉｏｎｈｅａｄ（ＮＰＳＨｃ）ｗａｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｗｈｙｔｈｅｐｅｒ

5、ｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅｄｒｏｐｓａｔＮＰＳＨｃｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ－ｐｈａｓｅｆｌｏｗ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕ－ｌａｔｉｏｎ；ｆｌｕｉｄｎｅｃｈａｎｉｃｓ在离心泵的设计和使用过程中，其气蚀性能实验验证．通常是必须考虑的因素之一．在离心泵运行过程

6、中，当叶片泵内部局部位置处的压力低于输送液１计算模型体气化压力时，就会产生气泡、发生气蚀．当离心泵气蚀时，会引起泵外特性的改变、产生振动噪声采用单级轴向吸入型离心泵，设计流量４００［１，２］３以及过流部件的腐蚀破坏．因此有必要对离ｍ／ｈ，转速１４５０ｒ／ｍｉｎ，扬程１９．３ｍ，比转速心泵气蚀时气－液两相流进行深入研究．１９１．主要水力部件有直锥型吸入室，５扭曲叶片目前对泵内部气蚀进行研究主要有实验和数叶轮和螺旋型蜗壳．值计算２种方法．本文应用ＡＮＳＹＳ－ＣＦＸ软件，计算区域由吸入室、叶轮和蜗壳的内部流道对一台比转速为１９１的离

7、心泵在设计工况下进行３部分组成，为避免进出口速度梯度较大而影响了气蚀性能的数值计算和分析，得到了内部流场计算结果，对吸入室和蜗壳出口进行了适当延长．气－液两相的分布规律，并对数值计算结果进行了应用ＣＦＸ的前处理软件ＩＣＥＭ－ＣＦＤ进行网格划收稿日期：２０１０－０３－２８．作者简介：杨孙圣（１９８５－），男，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｓｕｎｓｈｅｎｇ＠１２６．ｃｏｍ．基金项目：国家科技支撑计划资助项目（２００８ＢＡＦ３４Ｂ１０）．·９４·华中科技大学学报（自然科学版）第３８卷分，吸入室流道采用结构网格划分，网格数为１０μ

8、ｍ．采用二阶离散格式对计算区域进行离散，计算精度设为高精度，收敛精度设为１×１０－５２２３２６０．由于模型的复杂性，因此对叶轮和蜗壳．由流道采用核心６面体非结构网格，在曲率半径较于气泡发生时，液体密度会发生变化，因此将泵内［４］小的部位采用了局部加密功能，网格数分别为部的流动