前置导叶调节混流泵性能的数值模拟.pdf

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1、第26卷第10期1242010年10月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．10Oct．2010前置导叶调节混流泵性能的数值模拟孔繁余1，王文廷睬，黄道见1，黄建平2，耿纪中2(1．江苏大学流体机械7-程技术研究中心，镇江212013；2．湖南耐普泵业有限公司，长沙410000)摘要：利用有限元分析软件数值求解不同工况下混流泵的内部流场，了解前置导叶调节工况的基本规律，以改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。在叶轮叶片进口部位读取液流流入叶轮时绝对液流角、相对液流角、和绝对

2、速度圆周分量的值，分析其随前置导叶安放角改变而变化的规律。结果表明，叶轮进口绝对液流角小于前置导叶安放角，流量越小相差的幅度越大；大流量工况下进口预旋调节的效果比小流量工况更为明显；在一定流量范围内，通过进口导叶调节使得叶轮进口液流满足无冲击进口或者较小冲角进口条件，可有效地改善混流泵在非设计工况的水力性能。关键词：泵，叶轮泵，数值分析，模型，混流泵，前置导叶，预旋调节·doi．"10．3969／j．issn．1002—6819．2010．10．020中图分类号：TH313文献标志码：A文章编号：1002—68

3、19(2010)一10—0124—05孔繁余，王文廷，黄道见，等．前置导叶调节混流泵性能的数值模拟[J]．农业工程学报，2010，26(10)：124—128．KongFanyu，WangWenting，HuangDaojian，eta1．Numericalsimulationofinletguidevaneregulationformixed·flowpump[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(10)：124—128．(inChinesewithEnglishabstract)

4、0引言1数值计算模型及算法随着南水北调工程及一些国家大型农业水利改造工程的建设，混流泵得到了越来越多的应用。一般情况下混流泵都在一定工况范围内运行，仅在设计工况点运行的情况较少，需要有一种高效的工况调节方式来提高混流泵实际运行时的水力性能。通常采用可调节叶片的方式，通过调节叶片安放角度来改变泵的运行工况点，这种结构方式附带有一套机械式(或液压式)叶片调节机构，往往受限于泵口径的大小，一般应用在大中型泵中【lJ。前置导叶调节技术在压缩机和风机上被普遍采用，国内外对其开展了深入的研究，已证明是一种比较理想的工况调节

5、方法。但是前置导叶在泵上使用的比较少，对其的研究和相关的技术资料也很少，且主要局限于前置导叶角度的改变引起泵外特性变化的论述，关于前置导叶调节对泵内部流场影响的研究则比较少i2{J。本课题以某中比转速带前置导叶的混流泵为研究对象，利用有限元分析软件数值求解前置导叶不同的调节角度、不同流量工况下混流泵内部流场，获得泵性能参数以及叶轮进口流场的具体细节。在此基础上分析前置导叶调节混流泵运行丁况的基本规律及其对泵内部流场的影响，以指导前置导叶的调节，来改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。收稿日期：2010-04．

6、30修订日期：2010-09-03基金项目：国家科技支撑计划项目(2008BAF34810)作者简介：孔繁余(1956一)，男，江苏扬州人，教授，博士生导师，主要从事流体机械及工程的研究。江苏省镇江市学府路301号江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。Email：Kongfy2918@sohu．corn※通信作者：王文廷(1985一)，男，甘肃武威人，主要从事流体机械及工程的研究。江苏省镇江市学府路301号江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。Emaihwentin&l120@163．锄1．

7、1计算模型混流泵主要设计参数为：设计流量函=5200m3／h，设计扬程％=10．97m，转速疗=752r／min，前置导叶叶片数zl=12，叶轮叶片数z2=4，出口导叶叶片数z3=8。混流泵全流场数值模拟的计算区域包括前置导叶和出口导叶等固定过流部分和叶轮转动过流部分。为了避免进口漩涡对流场以及流量的影响，在进口喇叭口前面加一段直管；根据泵体的实际情况在出口导叶后部包括一段锥度很小的收缩管，其长度保证液流在到达出口时已经达到充分发展状态。由于叶轮叶顶间隙流动对模拟结果的影响不大，模拟时不作考虑，计算模型忽略了叶

8、顶间隙；同样，忽略了前置导叶在不同的调节角度下与泵体之间形成的不同微小间隙。整个计算区域划分为适应性较强的非结构化混合网格。图l所示为混流泵模型。图l混流泵模型Fig．1Modelofmixed—flowpump1．2数值计算方法混流泵内部流场流速较低，数值分析采用标准如紊流模型。采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合方程，在基本方程的离散差分格式中，速度项采用一阶迎风差分第10期孔繁