高比转速斜流泵内部非定常压力脉动特性.pdf

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1、第27卷2011年第4期4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．4Apr．2011147高比转速斜流泵内部非定常压力脉动特性施卫东，邹萍萍，张德胜，周岭(江苏大学流体机械工程技术研究中心、国家水泵及系统工程技术研究中心，镇江212013)摘要：为了研究斜流泵叶轮和导叶的动静相干作用引起的内部压力脉动特性，该文基于标准k-e模型，采用SIMPLEC算法和滑移网格技术，对高比转速斜流泵进行非定常数值模拟，分析了不同工况下的叶轮进出口、导叶中部和导叶出口等位置的压力脉动的时域和频域特性。通过定常计算的

2、扬程、效率值与试验值进行对比，证明该计算方法和网格可以较准确地反映斜流泵内的流动特性。计算结果表明，斜流泵最大压力脉动发生在叶轮进口前，泵运行偏离最优工况越远，叶轮进口处压力系数幅值越大，在O．7(k工况时叶轮进口监测点P03的压力系数幅值约为最优工况的1．5倍：压力脉动主频为叶轮叶片通过频率。研究成果为揭示斜流泵内部压力脉动规律提供了一定的理论参考。关键词：泵，流场，数值分析，高比转速，压力脉动，非定常流动，doi：10．3969，j．issn．1002—6819．2011．04．025中图分类号：TH311文献标志码：A文章编号

3、：1002-6819(2011)一04—0147—06施卫东，邹萍萍，张德胜，等．高比转速斜流泵内部非定常压力脉动特性[J】．农业工程学报，2011，27(4)：147—152．ShiWeidong，ZouPingping，ZhangDesheng，eta1．Unsteadyflowpressurefluctuationofhigh-specific-speedmixed-flowpump[J】．TransactionsoftheCSAE，2011，27(4)：147—152．(inChinesewithEnglishabstrac

4、t)0引言高比转速斜流泵具有高效范围广，适应扬程范围大，抗汽蚀性能良好等优点【l】，被广泛应用于农业排灌、城市供排水、各种工厂、矿山、大型水利工程，以及火电站的循环水泵等。国内外对斜流泵也有相当的研究，国内关醒凡【2】等对高比转速斜流泵进行了试验研究，并提出了一些新的设计观点。国外日本井田富夫于20世纪50年代末60年代初，通过大量试验，全面地研究了斜流泵诸多几何参数和因素(例如叶片数、叶片角、叶轮叶片出口偏移角、比转速、叶端间隙、叶片表面粗糙度、冲击损失、叶轮及导叶水力损失、摩擦损失等)对性能的影响【31；Goto在1992年对瑰

5、=560的斜流泵进行了数值计算和实验研究，提出脱流是由叶轮吸力面尖角处的大量分离流动引起的；Miyabel4]等通过PW测试系统和CFD技术对斜流泵内部流动进行研究，揭示了其不稳定特性是由导叶进口轮毂边的强烈漩涡所产生的扩散损失而引起的。叶轮和导叶非定常时序性相互干涉、叶片进口的水流冲击，偏离最优工况时叶片出口的脱流、汽蚀造成的收稿日期：2010-07。19修订日期：2010-09．14基金项目：江苏高等学校优秀科技创新团队计划项目(苏教科(2009)lO号)：国家科技人员服务企业行动项目(2009GJC30002)：国家自然科学基

6、金资助项目(51079063)。作者简介：施卫东(1964一)，男，江苏南通人，研究员，主要从事流体机械及工程的研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心、国家水泵及系统工程技术研究中心，212013。Eraail：wdshi@ujs．edu．∞※通信作者：邹萍萍(1987一)，女，江西抚州人，主要从事流体机械及流动特性研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心、国家水泵及系统工程技术研究中心，212013。Email：zpp．87．08@163．com流动不连续等引起的压力变化等因素，都可能导致泵内水压力随时间不断快速变化，即出现

7、压力脉动【5】。压力脉动的最大危害是使机组的结构振动加剧，即出现水力激振，同时还可引发进一步的局部空化，甚至在某些情况下引起共振。水力激振问题是大型泵站水泵机组所面临的突出问题之一。到目前为止，国内对大型水力机械非定常稳定性也有一定的研究睁15】，国内外对斜流泵压力脉动特性的研究几乎是空白。因此，出于提高斜流泵运行稳定性、保证机组在正常安装高度下不发生空化的需要，对斜流泵压力脉动特性的研究显得尤为重要。1模型建立国内外自1980年以来，大型斜流泵多采用可调节叶片结构，即轮毅和轮缘做成球面，可以改变叶片角度。这种结构形式与固定叶片轮毅

8、、轮缘为锥面相比，效率较低，但是泵可以在很宽的流量、扬程变化范围内高效运行‘16】。图1是某典型斜流泵模型过流部件示意图。一]炱叫C}譬芬一i．—／’图1斜流泵模型过流部件示意图Fig．1Flow-passagecomponentss