速度矩分布规律的参数化描述及对混流泵性能的影响.pdf

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1、第28卷第13期1002012年7月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28NO．13Jul．2012速度矩分布规律的参数化描述及对混流泵性能的影响邴浩1，曹树良1※，谭磊2，陆力3(1．清华大学水沙科学与水利水FgT-程国家重点实验室，北京100084；2．清华大学摩擦学国家重点实验室，北京100084；3．中国水利水电科学研究院机电所．北京100038)摘要：为提升设计水平、改进混流泉叶片速度矩分布规律的给定，该文通过理论分析，对速度矩分布规律进行

2、参数化表述，选取无量纲速度矩沿流线分布曲线的相对系数ao与速度矩分布曲线在叶片出12处的导数值P作为速度矩分布参数。基于混流象叶轮正反问题迭代法设计平台，给定小同速度矩分布参数组合设计了一系列混流泵叶轮。基于SIMPLEC算法，通过求解N—S方程和RNGk-e湍流模型方程，对混流泵叶轮内部三维湍流流场进行了模拟，获得了相对速度与压力分布，并预估了水力效率。研究表明，速度矩分布参数直接影响着叶片包角与出El边位置，进而影响到叶轮内部相对速度与压力的分布以及流动的稳定性。合理选择速度矩分布参数，有利于增强叶片对于流体运动的控制能力，改善叶轮内部压力分布

3、，使叶轮具有更为优越的水力特性。该文提出的速度矩分布规律参数化方法，为混流泵叶轮设计过程中速度矩分布规律的给定提供了有益的借鉴。关键词：叶轮，速度，参数化，混流泵，性能预估doi：10．3969／j．issn．10026819．2012．13．017中图分类号：TH313文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)一13—0100-06邴浩，曹树良，潭磊，等．速度矩分布规律的参数化描述及对混流泵性能的影响[J】．农业工程学报，2012，28(13)：100—105．BingHao，CaoShuliang，TanLei，eta1．Pamme

4、terizationofvelocitymomentdistributionanditseffectsonperformanceofmixed-flowpump[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgricuitttralEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(13)：100一105．(inChinesewithEnglishabsuact)0引言混流泵是一种广泛应用于排涝、防洪、灌溉、水处理等方面的泵型，具有适用流量和扬程范围宽广、高效运行区宽等优点【【～1。研究

5、混流泵叶轮的优化设计方法，提升运行效率，对于实现节能降耗具有重要的工程应用价值。近年来，国内外学者围绕混流泵的三元设计【3-纠、水力及空化性能分析睁101、模型试验[H-]3l、各类参数对混流泵设计的影响【悼Mj以及参数优化【17矗61开展了深入研究。在改善叶轮内部流态、提高叶轮效率等方面取得了一定成果。然而在设计计算过程中，对于混流泵叶片速度矩Cur分布规律的给定，’目前尚没有统一表述准则以及可以遵循的具体规则，设计者往往需要依照既往设计经验给定。建立速度矩分布规律的参数化模型，定性或者半定量地给出关键参数的选取准则，对于提升设计水平具有重要意义

6、。本文在混流泵叶轮正反问题迭代法设计平台的基础上，通过引入四次分布函数与定解条件，实现了对速度收稿日期：2011．10．15修订日期：2012．06．t3基金项目：国家自然科学基金资助项目(51176088)；水沙科学与水利水电工程国家霞点实验室统等研究课题资助项目(2009T3)作者简介：邮浩(1984一)，男，辽宁台安人，博士生，主要从事流体机械设计研究。北京清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，100084。Email：b903@mails．tsing}lila．edutiff※通信作者：曹树良(1955一)，男，甘赢会宁人。教授，博

7、士生导师r主要从事流体机械设计研究。北京清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，100084。Emaihcaoshl@mail．tsiIlgIlLIB．．edu．∞矩分布规律的参数化，并通过选取不同参数，设计了一系列混漉泵叶轮，进一步通过数值模拟预测了叶轮性能，分析了速度矩分布参数对于叶片包角及叶轮性能的影响，为混流泉叶轮设计工作提供了有益的借鉴。1设计平台传统理论设计混流泵叶轮时，认为叶轮是由无限多个厚度无限薄的叶片组成的，同时假定叶轮内部流动满足轴对称条件。在求解轴面速度时，采用迭代计算的方法求解轴面速度在准正交线上的梯度方程，由此得到的

8、轴面速度仅满足流体的连续方程。为改进混流泵叶轮设计工作，前期研究开发了正反问题迭代法设计平台【5]。该平台基于2类相对流面