双叶片泵内压力脉动的数值模拟

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1、第26卷第6期农业工程学报Vol.26No.62010年6月TransactionsoftheCSAEJun.2010129双叶片泵内压力脉动的数值模拟1,21※1朱荣生，胡自强，付强（1．江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013；2．江苏国泉泵业制造有限公司，镇江212009）摘要：为分析双叶片泵内压力脉动特点及其主要影响因素，采用RNGκ-ε模型对由叶轮水体、蜗壳水体及叶轮进口延伸段水体组成的三维计算区域进行3种不同工况下的非定常计算。通过分析计算模拟数据得出压力脉动时域图及频谱图，结果表明，双叶片泵内压力波动呈正弦周期性变化，进口处监测点压力波周期

2、为其他监测点的2倍；压力脉动主要与泵内动静耦合作用有关，叶轮进口压力脉动主频等于叶轮的转频，叶轮与蜗壳耦合处及蜗壳出口压力脉动主频等于叶轮转频与叶片数的乘积，不同流量下同一监测点具有相同的主频，但其主频幅值不同，小流量下幅值最大，设计流量下幅值最小，叶轮与蜗壳耦合处压力脉动从隔舌处开始在叶轮旋转方向上逐渐衰退，所得结论对掌握双叶片泵内压力脉动产生的原理及其特性具有重要的指导意义。关键词：泵，压力，数值分析，双叶片，动静耦合，压力脉动doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.06.023中图分类号：TH311文献标识码：A文章编号：1002

3、-6819(2010)-06-0129-06朱荣生，胡自强，付强.双叶片泵内压力脉动的数值模拟[J].农业工程学报，2010，26(6)：129－134.ZhuRongsheng,HuZiqiang,FuQiang.Numericalsimulationofpressurefluctuationindouble-bladepump[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(6):129－134.(inChinesewithEnglishabstract)本文研究对象为双叶片特殊形式叶轮的离心泵，采0引言用RNGκ-ε模型，在对蜗壳内压力脉

4、动波动及其频谱数双叶片泵主要用于输送含有固体物质的液体，在冶值模拟进行研究的同时，针对泵内叶轮进口及蜗壳出口金、矿山、化工等工业和河道疏浚、污水处理等部门中有受脉动的影响进行了分析，揭示了叶轮进口、叶轮与蜗着广泛的应用，深入研究其内部流动对于提高效率和改善壳耦合处及蜗壳出口压力脉动的主要影响因素及压力脉其性能具有重要的意义。动产生的机理，对于掌握双叶片泵内压力脉动产生的原国内学者主要针对清水离心泵及轴流泵内的压力脉理及其特性具有重要的指导意义。[1-5]动数值计算进行研究。其中文献[1]采用“冻结转子法”1叶轮基本参数和计算域处理离心泵内叶轮与蜗壳间动静耦合流动的

5、参数传递和相互干扰问题问题，得出了离心泵内压力分布及速度分布,3叶轮的设计参数：流量Q=250m/h，扬程H=25m，文献[2]对离心泵内叶轮与蜗壳动静耦合诱发压力脉动频转速1470r/min，比转速126，设计模型为离心式双叶谱进行了试验研究；模拟方面，文献[3]对5个叶片的普通片泵。采用PRO/E软件生成三维计算区域模型，如图1清水离心泵泵内叶轮与蜗壳动静耦合进行了研究，分析了所示，为使模拟结果更加稳定，对叶轮进口进行了适当在设计流量点下，泵内蜗壳流道及叶轮流道内部监测点压的延伸，整个模型由1个动叶轮水体、1个静止蜗壳水力波动及压力脉动频谱，而文献[4]及文献

6、[5]则分别对于体及进口延伸段水体组成。模型中未考虑容积损失及叶高速泵及轴流泵内叶轮与导叶内部流场及其压力脉动进轮前后盖板与流体的摩擦机械损失。行了分析，得出压力脉动频谱趋势与试验值基本吻合。国外在泵内压力脉动的研究方面起步较早，已有较深入的研叶轮与蜗壳交界面[6-9][6]究，1982年Dring等人提出导致泵内压力脉动2种因素，分别为动叶轮与蜗壳之间的相互作用及泵内冲击。文献[7-9]对清水离心泵内压力脉动进行了深入研究，并得叶轮与延伸段交界面出一致的结论，即离心泵内压力脉动的主频等于叶轮转频与叶片数的乘积。图1计算区域图收稿日期：2010-01-18修订日期

7、：2010-06-01Fig.1Calculationdomain基金项目：国家科技型中小企业创新基金项目（08C26213200647）作者简介：朱荣生（1964－），男，湖南道县人，研究员，博士，主要从事流体机械及工程研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。2网格的划分及监测点Email:zrs@ujs.edu.cn※通信作者：胡自强（1986－），男，江西抚州人，主要从事流体机械及工程2.1网格划分研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。Email:huziqiangkk@126.com采用FLUENT中自带的网格划分软件

8、GAMBI