双吸泵小流量工况下的空化特性研究.pdf

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1、第47卷第24期人民长江Vo1．47．No．242016年12月YangtzeRiverDeG．，2016文章编号：1001—4179(2016)24—0088—05双吸泵小流量工况下的空化特性研究白利，彭坜，胡全友，王鑫，刘小兵一，安满意(1．西华大学能源与动力工程学院，四川成都610039；2．西华大学流体及动力机械教育部重点实验室，四川成都610039；3．郑州电力机械厂，河南郑州450000)摘要：为研究双吸泵在小流量工况下叶轮内部空化特性，同时进一步说明小流量工况相比于设计工况时的空化特性差异，结合均质两相流模型和SSTk一∞湍流模型，对双吸

2、泵小流量工况和设计工况下的全流遗空化流场进行数值模拟，以分析不同流量工况下空化分布与发展情况，以及空化对各叶片载荷造成的影响。研究结果表明：适"3-减小双吸泵进口流量，有助于改善双吸泵的空化性能；在小流量工况下空化首先发生于叶片吸力面头部靠后盖板附近，而且此处的空泡体积分数最大，这一空化特征同设计工况有所差异；随着NPSH的降低，叶轮内空化不断加强，但是小流量工况下的空化强度始终不及设计工况；不同空化状态会导致叶片吸力面压力的变化，从而表现为叶片表面栽荷分布的变化。关键词：小流量工况；空化流场；叶片载荷；双吸泵中图法分类号：TV734文献标志码：ADO

3、I：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．24．020敏官等利用完整空化模型来对轴流泵全流道进行空化1研究背景模拟，分析叶轮流道内的空化发展情况。施伟等基空化通常发生在泵内部流道局部压力低于液体汽于SST湍流模型和Rayleigh—Plesset空化模型对设计化压力处，整个空化过程包含了空泡的初生、发展以及工况下的混流泵空化流场进行模拟，通过观察泵的内溃灭，这是水力机械中的普遍现象。该现象不仅会降部空化流场来分析泵断裂工况成因。低泵的水力性能，而且还会破坏过流表面，甚至会引起综上所述，目前人们对轴流泵、离心泵以及混流泵机组振动。

4、虽然空化现象难以绝对消除，但是可以尽的内部空化方面所开展的研究比较多，但是双吸泵空量避免泵在空化工况下运行。化方面的相关文献则较为缺乏。为了研究双吸泵小流国内外目前对空化现象的研究通常是采用模型试量工况下叶轮内的空化流场，本文采用了Rayleigh—验和数值模拟2种方法。模型试验的前期准备工作较Plesset空化模型对双吸泵全流道进行模拟，从而分析小流量工况和设计工况下的叶轮内部空化分布情况，多，从而导致试验费用昂贵；此外，缺乏可靠的依据将以及空化对叶片载荷的影响规律。模型的空化试验结果换算至真机中。因此，近些年来，越来越多的学者倾向于通过数值模拟的方

5、法来研究泵2数值计算方法内部的空化特性。张德胜等采用SSTk一湍流模型和完整空化模型模拟了轴流泵的叶顶空化流场，2．1泵基本参数及网格划分以研究叶顶区空化规律及空化对叶片载荷的影响。杨本次研究所采用的双吸泵模型的基本参数为：流收稿日期：2016—09—02基金项目：国家自然科学基金项目(51279172)；西华大学重点科研基金资助项目(Z1510417)；西华大学省部级学科平台开放课题(szjj2016—004)作者简介：白利，女，硕士研究生，研究方向为流体机械流动理论、数值及实验。E—mail：baili7023yjj@163．corn通讯作者：刘小

6、兵，男，教授，主要从事流体机械内部流动数值研究工作。E—mail：Liuxb@mail．xhu．edu．en白利，等：双吸泵小流量工况下的空化特性研究89IL=864n1‘／h，扬程1t=17．8nl，转速=l4803分析r／illin，比转速，=2l6，叶轮叶片数为6个。首允，将个吸糸=个=流道分为5个音I5分进行建模，即：进¨延3．1空化性能曲线fl}I段、¨；fl延fllI段、吸水掌、蜗壳以及I1-f轮。然后，利川小文选取0．6倍设计流作为小流景f况进行ICEM软件对完成的模进行网格划分，因为进¨：化特悱分析，采『H设计l：况下的计算结果作为刈‘

7、比，ft段的JL'f．1形状规则，网格类对其内部流动的模拟使小流}l{=I况下的审化分析更加直观和更加形象情况影响小大，此，埘整个模型均采用非结构化网格2为种工况下的化性能}¨{线。划分，得到的网格总数为280万个。图1为模刑嗍通常，将扬下降3％的点所对应的空化余格划分结．．NPStt作为临界化余NPSHr。由图2可知，小流ll：况下的NPSHr要}iJ】小于设汁况F的NPSttr，【人l此，舣吸泵小流量I：况卜运行时具有更好的化能。1人1为小流艟时，泵进f1的速度要小于设汁流：矗时的进[1]速度根据们努利方程，前者的泵进II』Il_籍ll。J1力必定

8、会大j后并的进r】压力，发牛化的条件足』『Ij邴力低于陔处液体的汽化压力，因此，卡II¨条什卜