前置不同诱导轮高速离心泵旋转空化特性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJuI．252013V01．34No．71572-1581ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．onhkxb@buaa．edu．cn前置不同诱导轮高速离心泵旋转空化特性研究郭晓梅1，李映2一，崔宝玲2，朱祖超21．浙江水利水电专科学校机械电子工程系，浙江杭州3100182．浙江理工大学浙江省流体传输技术研究重点实验室，浙江杭州310018摘要：以高速诱导轮离心泵为研究对象，开展了无诱导轮、前置等

2、螺距诱导轮、前置变螺距诱导轮及前置分流叶片诱导轮4种情况下离心泵全流道的空化数值模拟和汽蚀特性实验研究。通过外特性实验研究得到：在同一流量下，前置等螺距诱导轮离心泵的扬程最低，前置变螺距诱导轮离心泵的扬程次之，前置分流叶片诱导轮离心泵的扬程较两者稍高。通过汽蚀实验和数值模拟研究得到：在前置3种诱导轮的情况下，离心泵的汽蚀性能都得到了改善，其改善效果从低到高依次是：变螺距诱导轮、分流叶片诱导轮、等螺距诱导轮。通过对汽相体积分数分布情况的研究得到：诱导轮的吸力面除进口外缘容易发生汽蚀外，叶片出口靠近轮毂侧也较容易发生汽蚀；对

3、比分析主叶轮和诱导轮的汽蚀情况，得到诱导轮汽蚀的严重性与离心叶轮的汽蚀严重性并非成正比的结论。关键词：离心泵；诱导轮；空化；数值模拟；汽蚀实验中图分类号：V444文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)07—1572—10目前诱导轮技术是提高离心泵抗汽蚀性能的最有效途径之一。诱导轮由于自身具有较好的抗汽蚀性能，在离心泵主叶轮前增加诱导轮，会提高泵主叶轮前的压力，从而减少泵的汽蚀余量，即使是诱导轮发生了汽蚀现象，离心泵的性能曲线也较无诱导轮的情况下下降缓慢。近年来，国内外许多学者应用计算流体力学(CFD)软件

4、并结合实验对诱导轮离心泵的内部流场做了大量研究，并取得了一定的成果。文献[1]通过实验研究描述了由于诱导轮空化引起的不稳定流动，揭示了空化数和流量系数与流动稳定性的关系。文献[2]应用大涡模拟(LES)对诱导轮入El处的回流进行了数值模拟，得到了诱导轮入El处的回流涡形状和特征。文献[3]主要针对诱导轮3种入口壳体形状对诱导轮空化的影响进行了数值模拟，认为间隙旋涡流的存在是诱导轮旋转空化的主要原因。文献[4]和文献[5]用雷诺平均Navier—Stokes(RANS)做为控制方程模拟了诱导轮内部的非稳定流动。文献[6]基

5、于RNG(RenormalizationGroup)肛￡湍流方程和Rayleigh—Plesset空化模型研究了带诱导轮离心泵的空化流动，获得了空化条件下离心泵流道的空泡分布及扬程下降规律，验证了诱导轮可以改善泵的抗汽蚀性能的结论。文献[7]研究了立式多级筒袋泵内部的空化流动规律，采用基于质量输运方程的混合流空化模型和标准肛e模型计算了泵内的三维湍流空化流动的I临界空化数，并与实验进行了对比。文献[8]以等螺距诱导收稿El期：2012．09．12；退修日期：2012．10．19；录用日期：2012-11-28；网络出版时

6、间：2012-12—1117：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20121211．1716．001．htmI基金项目：国家自然科学基金(51249003)；浙江省科技厅公益工业项目(2012021013)；浙江理工大学重中之重学科开放基金项目(ZS-TUMD2011A007)*通讯作者．Tel．：0571—86843348E-mail：liyi0511@163．corn弓}用格武lGuoXM．LiY．CuiBL．etal．Researchontherotationca

7、vitationperformanceofhigh-speedrotationcentrifugalpumpwithdiffer-entpre-positionedinducers÷ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2013．34(7)：1572-1581．郭晓梅，李暖，崔宝玲，等．韵置不同诱导轮高速离心泵旋转空化特性研究．航空学报。2013．34(7)：1572-1581．郭晓梅等：前置不同诱导轮高速离心泵旋转空化特性研究轮为研究对象，采用空化和混合两相流模型，对等螺距诱导轮流道内

8、空化流动进行了计算，结果表明该诱导轮自身具有良好的抗汽蚀性能。文献[9]计算了液体火箭发动机诱导轮在空化情况下的流场压力分布情况，分析了空化对诱导轮应力结果的影响。文献[10]对3个变螺距诱导轮进行内部流场数值模拟，得到了诱导轮的抗汽蚀性能随着变距系数的增大而变差，同时随着轴向长度的增加，产生的静压值下降的结论。由此