旋流泵性能及内部流场试验分析.pdf

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1、第27卷2011生第4期4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．4Apr．2011141旋流泵性能及内部流场试验分析沙毅(浙江科技学院机械与汽车工程学院，杭州310023)摘要：为了研究旋流泵性能及内部流场特性，在32WB8．12型样泵型式试验和5孔球形探针无叶腔流场测量基础上，阐明旋流泵抽吸及扬程和汽蚀形成原理，得出流量．汽蚀余量性能曲线为下降抛物线形：基于重组化群七-￡湍流模型对模型泵内部三维流动进行数值计算；通过流场测试与数值模拟对比分析，证明数值计算达到一定程度逼真性和精确度。结果表明，旋

2、流泵内部流动主要由贯通流等组成：叶轮区域呈强制涡特征，存在相对轴向旋涡运动：无叶腔区域类似于组合涡，存在回流、循环流和自由涡运动，呈非轴对称、非定常流动，紊乱程度相当高，这是造成旋流泵效率偏低的主要原因。关键词：旋流泵，计算流体动力学，流场，特性，汽蚀余量doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．04．024中图分类号：TH314文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一04-0141--06沙毅．旋流泵性能及内部流场试验分析[J]．农业工程学报，2011，27(4)：141—146．ShaYi

3、．Experimentsonperformanceandinternalflowofavortexpump叨．TransactionsoftheCSAE，2011，27(4)：141—146．(inChinesewithEnglishabstract)0引言旋流泵以其优异的通过能力即无堵塞性和具备混输含有一定比例气体的多相介质的特性，广泛用于马铃薯、贝壳等农产品及食品生产、污水处理，矿物和煤浆等含纤维和较大颗粒流体的水力输运等方面。缺点是效率较低，能源利用率低Ll刊。国内外学者对其做了大量的理论和试验研究，初步建立了内部流动数学模型，

4、并提出了经验系数设计方法r⋯。但由于旋流泵内部流动复杂，提出的流动模型与实际情况有较大差别，其内部流动机理还不够清楚，没有产生一套基于理论的设计方法【l¨1。。本文正是在这种背景下展开对旋流泵性能和内部流动特性的研究，以求对旋流泵的发展起到促进作用。1模型泵结构参数与试验方法研制试验用32WB8．12型模型泵，结构如图1。其设计参数：流量qv--8m3／h：扬程仔=12m；转速n=2850r／rain：泵效率玎=50％；泵汽蚀余量NPSHc=4m。该泵与电动机同轴直连，泵轴功率采用电测法测定，按GB／T12785．91完成电动机空载试

5、验；泵性能试验按GB厂r3216．2005进行。以旋转轴与无叶腔后壁交点为原点，建立x、Y、z三维坐标系及00、900、1800和2700方位；探针从无叶腔侧面与Y轴正向成45。直线上伸入流场，距无叶腔后壁15mm。叶轮、无叶腔水力参数及测点分布尺寸如图2、3和表l。收稿日期：2010-09-03修订日期：2010·11-02’浙江省自然科学基金资助项目(Y1110468)作者简介：沙毅(1961一)，男，山西介休人，研究员，主要从事流体机械的理论和设计研究。杭州浙江科技学院机械与汽车工程学院，310023。Email：shayi01

6、@sina．tom图1旋流泵结构简图Fig．1Structureofvortexpump图2叶轮水力参数图Fig．2Impellercomponentandgeometricparameters142农业工程学报2011年180Al—A2。II!．!I●一测孔堙j-●rdl：一’栩嵘刁；习无叶腔环形半径Rv=70EnnA；无叶腔基圆直径D3=100锄；无叶腔宽度B=25IELIII；无叶腔喉部面积F虹=504mill2。图3无叶腔水力结构及探针、截面布置图Fig．3Chamberhydraulicstructureandlayouto

7、fprobes表1无叶腔内测点坐标Table1CoordinatesofmeasuringpointsinChamber2结果与分析2．1泵型式试验泵型式试验曲线如图4。泵最优工况qv=8．99m3／h，okE￥qv／(m3·h。1)看喜q,l(m3·h’1)d轴l自速度也变化Fig．5／-／--12．88m，最大泵效率‰。=53．13％，临界汽蚀余量NPSHc--4．06m，与设计工况有所偏差。泵扬程曲线较平坦；功率曲线随流量增加上升较快；汽蚀曲线呈下降抛物线型，小流量区域临界汽蚀余量较大，具有其特殊性。8萝。萋。薹：O流量q／ti

8、nl·h-11图4泵型式试验曲线Fig．4PumpmodelexperimentCurves500400譬碍300京1002．2泵无叶腔流场测量以被测点即五孔球形探针探头中心为原点，根据测量角度n及计算角度口对所测速度矢