闭式叶轮叶片位置对旋涡泵性能的影响

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1、2010年9月农机化研究第9期闭式叶轮叶片位置对旋涡泵性能的影响王洋，傅剑辉，蒋其松(江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013)摘要:基于雷诺时均N－S方程和标准k－ε两方程湍流模型加壁面函数法，采用三维非结构四面体网格建模，选用旋转流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF)，利用Fluent软件对同一泵体配两种闭式叶轮的旋涡泵内三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟，分别得到了各自内部流场的压力分布和速度分布情况，并且根据数值模拟结果预测了旋涡泵的扬程和效率。通过比较分析，提出采用交错叶片闭式叶轮在保持泵的效率与采用对称叶片闭式叶轮时，能提高泵的扬程。另外，通过对压力场和相对

2、速度场的细致分析，证实了旋涡泵内部的旋涡流动特征，并对旋涡的形成进行了分析和探讨。关键词:叶片位置;旋涡泵;外特性;内部流场;数值模拟中图分类号:TH311文献标识码:A文章编号:1003－188X(2010)09－0150－050引言1泵基本结构和参数旋涡泵是一种小流量、高扬程泵，结构精巧，使用本文研究的旋涡泵结构及两种闭式叶轮(即对称方便，主要应用于化工、医药等工业流程中输送高扬叶片闭式叶轮和交错叶片闭式叶轮)造型如图1和图程、小流量的酸碱和其它腐蚀性及易挥发性液体，也2所示。闭式叶轮旋涡泵的主要参数，如表1所示。可以在小型生活供水系统和空调系统中作为增压泵使用。旋涡泵叶轮是一种具有很

3、多短径向放射状叶片的叶轮，按叶轮与吸入口、压出口的相对位置，可以分为闭式叶轮和开式叶轮。由于闭式叶轮与开式叶轮相比，体积较小，效率较高，因此闭式叶轮的应用更［1－3］加广泛。在工程实际中，常见的闭式叶轮的叶片布置方式有对称式和交错式两种。国内学者对闭式叶轮旋涡［4］泵的研究多基于对称式叶片叶轮，如董颖等对旋涡［5］泵内部流动的研究，施卫东等对不同流道截面形状［6］的旋涡泵内部流场的数值模拟，周文彬等对不同叶片形状对旋涡泵内部流动影响的研究等;而对交错式叶片叶轮的研究较少。为此，本文针对这一现象，采用同一泵体配两种图1旋涡泵结构示意图Fig．1Configurationofthevotexp

4、ump叶轮的方法，利用Fluent软件分别进行三维数值模拟，对其进行了比较分析，探索了叶片位置对旋涡泵外特性的影响，以期为旋涡泵的性能预测和生产实践提供有益信息。收稿日期:2009－11－06基金项目:国家“863”计划项目(2006AA100211)作者简介:王洋(1955－)，男，河北定州人，研究员，(E－mail)pgwy@ujs．edu．cn。图2三维闭式叶轮通讯作者:傅剑辉(1983－)，男，浙江金华人，硕士研究生，(E－mail)Fig．2Closedimpellersmodelshappyfjh@hotmail．com．com。·150·2010年9月农机化研究第9期表1泵设

5、计参数及叶轮主要尺寸x—空间坐标;Tab．1Designparametersofpumpandimpellerμ—动力粘度;径向叶轮叶轮S—原项;流量/扬程转速/叶片数间隙/外径/宽度/m3·h－1/mr·min－1/片i，j—坐标轴方向分量，遵从张量中的求和约定。mmmmmm标准k－ε双方程湍流模型中，湍动能和耗散率是1．52029000．169．87．540［7］两个基本未知量，对应的输运方程为2数值计算(ρk)(ρkui)μtk+=［(μ+)］+txixjσkxj2．1模型建立与网格划分Gk+Gb－ρε－YM+Sk(3)为了使数值模拟更加符合实际流动，本文采用整机三维

6、数值模拟，即对旋涡泵从进水口到出水口的整(ρε)(ρεui)μtε+=［(μ+)］+txixjσεxj个流动区域进行数值模拟。首先选用Pro/E对旋涡2εε泵内部流动区域进行三维造型，然后导入Fluent前处C1ε(Gk+C3εGb)－C2ερ+Sε(4)kk理软件Gambit进行网格划分。旋涡泵内部流动区域式中Gk—由平均速度梯度引起的湍动能的产生项;包括叶轮流动区域和泵腔流动区域，结构比较复杂。Gb—由浮力引起的湍动能的产生项;作为一个整体，要生成结构化网格比较困难，故采用YM—可压湍流中脉动扩张的贡献;适应性较强的非结构化四面体混合网格来进行划分。C1ε，C2ε，C3

7、ε—经验常数;两种不同叶轮旋涡泵内部流场的计算区域和网格划σk—与湍动能k对应的Prandtl数;分如图3所示。σε—与耗散率ε对应的Prandtl数;Sk，Sε—用户定义的源项。2．3多重参考坐标系与边界条件针对含有运动固体边界的流动问题，Fluent提供了多重参考坐标系模型(MRF模型)，在计算时将旋转叶轮区域设在运动坐标系，静止泵体区域设在固定坐标系。2．3．1进口边界条件假定计算区域进口为均匀来流条件，进口速度由