小流量下多级离心泵首级导叶内部流动性能分析.pdf

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1、692化工机械2015正小流量下多级离心泵首级导叶内部流动性能分析张玲+黄鹏杰邹永修栋波(东北电力大学能源与动力工程学院)摘要采用标准模型对多级导叶式清水离心泵的内部流场进行了数值模拟，对首级导叶内部流动规律进行了分析。结果表明，性能曲线的预测值与实验值趋势基本一致；在小流量工况下，内部流动局部紊乱，个别导叶流道内出现较大的旋涡流，叶轮与导叶之间、导叶头部偏向叶轮方向和叶轮末端边缘处存在小范围低压区，在反导叶部分流道内出现较大的涡流，可通过减小工质进入的冲角及改变叶片几何型线即延长动能向压力能转换过程等措施加以

2、改善，为水泵的优化设计提供理论依据。关键词多级离心泵导叶数值模拟汽蚀中图分类号TQ051．1文献标识码A文章编号0254-6094(2015)05-0692-06多级离心泵因结构先进合理、可靠性好的优点被广泛应用于发电和石油化工领域‘1。。当离心泵流场内某处压力低于所输送水的汽化压力时，就会发生汽蚀现象，从而对泵产生破坏，影响其运行效率’2。。随着计算流体动力学(CFD)的不断发展及流体仿真技术的进步，通过数值模拟对离心泵内部流场进行研究已被广泛采用"。。。刘宜等通过CFD技术对离心泵全流道三维空化流动进行了定

3、常和非定常数值模拟，结果与实验结果相一致∞。。SteinmannA等分别采用Ray-leigh．Plesset空化模型和试验方法分析了蜗壳泵在不同汽蚀余量下的汽泡流动分布以及汽泡溃灭的过程，两种方法得到的结果基本吻合H。。杨孙圣等对某离心泵进行了定常数值模拟，获得了泵发生汽蚀时的流场汽液两相分布规律¨。。笔者针对某热电厂变频给水泵的小流量工况进行研究。当机组的负荷降低时，几台给水泵并联运行时的总体出力超过了锅炉的需求，造成很大的浪费。为降低电厂的厂用电率，将变频给水泵与工频给水泵并联降压运行，当调速范围过大频率

4、过低时，母管压力降低，致使工频泵流量过大，则变频泵流量会相应的减少，水泵在小流量高转速运行时，容易发生振动，产生汽蚀，出力有所下降。笔者采用Fluent软件对该变频泵(DG85．80X10型多级离心泵)在小流量工况时的速度及压力分布情况进行分析，紊流模型选用标准模型，确定易发生汽蚀的位置并提出相应的改进措施，为水泵的优化设计和进一步提高泵的效率提供依据。1模型的建立1．1几何模型DG85—80×10型给水泵的性能参数和首级叶轮几何参数如下：流量85m3／h级数10级总扬程800m转速2950r／min效率65％

5、进口直径145mm出口直径252mm出口宽度21mm叶片数6图1为多级泵首级叶轮与导叶流域部分实体模型。m张玲，女．1970年1月生，教授。吉林省吉林市，132012。第42卷第5期化工机械693图2叶轮与导叶部分网格1．3控制方程连续性方程：塑+丛丝+旦丝+!!旦型：0(1)Ot3xd1do其中，P是水的密度，“、。、叫分别是流体在X、’-、z3个方向上的速度分量。动量方程：型Ot+掣=肛最OX一尝彬．㈩az．’．a』．ax，其中，1．I。、“．(i√=1，2，3)为流体的各速度分量；上。、x，(i，j=1，

6、2，3)是各坐标的分量，p是流体的密度，P是压力，pF。为作用在流体微团上的质量力，“粘性系数。文中采用标准五．一s湍流模型。七和s对应的输运方程分别为：t方程警枷，嚣=毒[(p+等)差]+p-p占cs，占方程鲁+ll堕3x．=毒[(肛+参)毒】+兵甲P为湍动能生成坝：p=肛，(塑3x,+鲁)熹旷以等G?=肛+鲁S：=P—psG?训鲁s?=(c，P—C，ps)s／k(4)1．4边界条件采用Fluent分离隐式求解器进行稳态计算，压力和速度的耦合采用SIMPLEC算法，对动量项、湍动能项和湍动能耗散率项采用二阶迎

7、风差分格式，压力项采用标准差分格式97进口边界条件为速度进口。出口边界为压力出口，壁面条件为无滑移固壁条件，使用标准壁面函数确定固壁附近的流动“’。2计算结果与分析2．1性能预测扬程计算公式为：Ⅳ：盟+A：(5)pg式中‰。——出口总压，Pa；P。——进口总压，Pa；△z——叶轮进口与导叶出口在垂直方向的距离．m。效率计算公式为：17：p百gq,H(6)172百Lo，式中M——泵轴的输出扭矩，N·m；，z——转速，r／rain；q。——体积流量，m3／s。轴功率计算公式为：．v：pgq,H(7)叶利用以上公式，

8、对DG85—80×10型给水泵首级的能量特性曲线进行预测?其预测值和试验值比较结果如图3所示。694化工机械2015钲c_效翠一流量图3实验与预测数据对比曲线由图3可以看出：预测的扬程、轴功率和效率随流量的变化趋势与实际性能曲线基本一致，说明采用该紊流模型对多级泵进行数值模拟并预测其外特性可行。同时由于计算机资源及时问的限制，网格数相对比较少，并简化了几何模型，对计算准确性有一定的影响