泵腔内部环流对射流式自吸泵自吸性能的影响

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．020*泵腔内部环流对射流式自吸泵自吸性能的影响王洋李贵东曹璞钰印刚崔宇蕊李亚成(江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，镇江212013)摘要:为了研究自吸泵内部气液两相流动情况，选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象，运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型，对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟，得到了各过流部件压力和速度分布等内部流动信息，分析了射

2、流器进口和泵腔出口处各监测点气相体积分数的变化情况，并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:液体从导叶出流后，会形成一个较大的速度环量，导致气液分离不充分，大量液体进入出水管路，泵腔内液体减少;在导叶背面添加筋板后，射流器进口处气相体积分数减小，喷嘴出流的工作液体中夹杂的气相体积分数减小，泵腔出口气相体积分数增大，从而提高了自吸性能。关键词:射流式自吸泵气液两相环流非定常中图分类号:TH311文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0129-05转速n=2850r/min，叶轮外径D2=130mm，叶轮出引

3、言口宽度b2=6.5mm，叶片数Z=6。射流式自吸泵是一种采用射流器与离心泵组合本文所选取自吸泵原有导叶背面并未添加筋方式设计的自吸泵，其借助于喷射装置，在喷嘴处射板。在进行自吸试验的过程中，该泵最大自吸高度流出高速液流以形成真空，实现自吸作用。同传统为4.5m，自吸所需时间为120s，自吸效果不理想，离心泵相比，射流式自吸泵具有使用方便、工作可并在自吸过程中观察到出水管内液位过高、液位上靠、二次启动无需灌水、可实现自吸等优点，广泛应下波动较大等现象。分析认为:产生这种现象的原用于农业排灌、城市农村饮水工程、消防和船舶运输因

4、是从导叶出流的液体冲刷泵腔出口处气体，使气等领域，尤其在流动排灌及启动频繁等场合中具有液分离不充分，大量液体进入出水管路造成泵腔内［1－4］十分广泛的应用前景。液位下降，致使实现自吸所需的液体体积分数不足。射流式自吸泵的工作原理特殊，影响该型泵自本文针对这一现象提出在试验泵在导叶背面添加筋吸性能的因素有很多，如吸入管路尺寸、射流器各部板，拟研究环流对泵腔内气液分离情况及自吸性能件尺寸、叶轮出口宽度、叶轮圆周速度、叶轮外缘与的影响，提高射流式自吸泵的自吸性能。在导叶背［5－7］泵体隔舌间隙、气液分离室容积等。近年来随面不同位置

5、处添加筋板方案如图1所示。着计算流体力学及相应软件的快速发展，已有不少1.2网格划分学者利用数值模拟技术对自吸泵内部气液两相流动利用Pro/E软件对射流式自吸泵进行三维全流［8－12］机理做了重点研究。场建模，模型包括进水管、弯管、射流器、口环、叶轮、本文针对射流式自吸泵的特殊结构，在导叶背导叶、泵体和出水管。将模型导入ICEM中进行网面添加防止环流的筋板，采用数值模拟及试验的方格划分，由于射流泵结构复杂，采用适应度强的非结法研究泵腔内部环流对气液分离情况及自吸性能的构四面体网格对其进行网格划分，并对关键部位进影响，分析对比

6、以达到改进自吸性能的目的。行网格局部加密，进出口管采用结构化六面体网格，并对计算域进行5种不同网格尺寸划分，进行网格1计算模型及数值方法无关性分析，当网格最小尺寸在1mm时，随着网格1.1模型参数与改型方案数的增加，模拟得到的扬程和效率变化稳定。采用选取JETST-100型射流式自吸泵为研究对象，原型导叶、方案1和方案2导叶的泵体总网格数分3其主要设计参数为:流量Q=2m/h，扬程H=26m，别为226.54万、228.44万和228.37万，自吸泵计算收稿日期:2013-12-17修回日期:2014-01-19*国家自然科

7、学基金资助项目(51239005)、江苏省自然科学基金资助项目(BK2009218)和江苏省研究生培养创新工程资助项目(CXLX13_662)作者简介:王洋，研究员，博士生导师，主要从事流体机械及工程研究，E-mail:pgwy@ujs．edu．cn130农业机械学报2014年1.4数值模拟由于射流式自吸泵自吸过程的复杂性，学者们常在不同含气率条件下，通过气液两相流数值模拟来分析自吸过程其内部流场及气液混合与分离等情况的变化规律，进而分析改善自吸泵的自吸性［13－14］能。本文运用CFX软件，假设泵内部为非稳态、不可压缩流动

8、，选取Particle多相流模型，控制方程对液相(连续相)湍流模型选用ＲNGk-ε双方程模型，气相(离散相)选用零方程模型。泵进水管进口采用压力进口条件，在进口处给定一个大气压，且进口处气相体积分数设置为0.25，出口条件给定速度出口条件。泵内旋转部件和静止部件之间引入Transientr