轴流泵叶顶泄漏涡流场结构的数值模拟与PIV试验研究.pdf

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1、轴流泵叶顶泄漏涡流场结构的数值模拟与PIV试验研究NumericalSimulationandPⅣExperimentoftheTipLeakageVortexFlowStructuralinAxialFlowPump2014年5月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学

2、位论文作者签名：关龋72了19-年∥月像日学位论文版权使用授权书IIIIIIIIllllllllllIIIIIIllllllllllllIIIY2537958江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公

3、布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密面。学位论文作指导教师签名砂、中年易月、珀江苏大学硕士学位论文摘要轴流泵广泛应用于我国南水北调工程、大中型泵站和船舶喷水推进等国家重大战略工程。在轴流泵中，叶片顶端与转轮室内壁面问存在间隙，并在叶片工作面与背面压差作用下产生泄漏。叶顶泄漏流是影响主流流场，导致泄漏损失的根本原因。叶顶泄漏涡会带来轮缘处的空化空蚀和压力脉动现象，是影响泵的安全运行以及降低转轮部件寿命的重要原因。本文在国家自然科学基金项目“轴流泵叶顶泄漏涡的空化机理研究(项目编号为51109093)”等的资助下完成。本文研究对象为优秀轴流泵水力模型TJ04

4、．ZL．02号等比例缩放的模型泵，基于数值模拟和试验研究两种手段，系统地分析了模型泵叶顶泄漏涡的流动结构以及瞬态特性，研究的主要内容及取得的成果如下：(1)对比研究了三种方案原方案，即PT、倒圆方案RT以及斜切方案CT的叶顶泄漏特性。相比于PT方案，RT方案的扬程和效率都略有下降，而CT方案的扬程和效率都略有升高。PT方案和CT方案间隙内部两端的速度差较大，而RT方案两者的速度差较小，间隙出口的泄漏速度WR．r>WpT>WCT，间隙内部总体的湍动能分布表现为Ji}：C础pT>蛔。RT叶顶工作面处的修圆处理大大降低了角涡的大小，改善了间隙内的流动情况，但RT方案增加了泄漏量，形成

5、较大的脱离涡和泄漏涡。CT方案叶顶的背面斜切后，间隙内的角涡更加明显，且间隙中形成较强的旋涡，但CT方案很好地控制并降低了泄漏涡的影响。RT方案使间隙内的压力场梯度平缓，但泄漏涡压力区压力最低，CT方案的低压区范围有所缩小。PT方案的临界空化数最小，CT方案次之，RT方案最大。由空泡体积分数分布得知，RT方案将会对空化的初生产生抑制作用，从而能降低其初生空化数，但当空化数较低时，其泄漏涡空化较为严重。CT方案角涡处容易发生空化，使得CT方案更容易初生空化，且空化数降低后会导致严重的间隙空化，但CT方案在～定程度上降低了泄漏涡空化的影响。(2)通过PⅣ试验手段，分别分析了模型泵在

6、0．8．Qopt，1．000pt，1．200p。三个工况下，泄漏涡在一个流道周期内的13个拍摄断面上的涡量场。结果表明在1．000p。工况下，泄漏涡的产生前会伴随着反向的诱导涡的出现。泄漏涡不断地生长，范围不断增大，在上游产生与其有相同转向的扩散涡带。泄漏涡主涡与叶顶问会产生连续的旋涡，其范围小于泄漏涡主涡，随后泄漏涡向上游耗散并消失。根据其涡心轨迹可以看出，泄漏涡随着主流不断向下游移动。在0．8Q叩。工况下，总体涡量场显著轴流泵叶顶泄漏涡流场结构的数值模拟与PIV试验研究。。。。。。。。。。‘。。。。。’。。。。。。。。。。。’’’。。。。。。’。。‘。。。。。。。。。。。。

7、。。。。。’。。。。。。。。。。。‘。。。。。。。。’。。。。。。。。。。。。‘。。。。。。。’’—⋯‘。。’。。。。。。‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。’。。。。。。。。。。。。‘。。。。。。。’’’。。。。。。‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。‘。。。。。。。一的小于前者。其泄漏涡结构首次出现在P5拍摄面上，泄漏涡发展到P9拍摄面，随着旋涡的耗散，泄漏涡结构已经较为模糊，涡心轨迹与额定工况比较更加偏离叶片背面。在1．2鳓。工况下，总体涡量场大于额定工况。其泄漏涡结构首次出