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离心泵广泛应用于各行各业,其性能会随着所输送的介质物性的不同而发生变化。对于输送不同物性的介质,更换整台泵显得很不经济,可考虑仅更换叶轮而达到高效输送的目的。本文分析了介质粘度对边界层和泵内各种损失的影响。在现有蜗壳的基础上,考虑叶片出口安放角、叶轮出口宽度和叶片数3个因素,设计出8个不同的叶轮,运用数值模拟技术研究了粘度和结构参数对离心泵内部流场和外特性的影响,提出了基于现有蜗壳的输送不同粘度介质的叶轮设计方法。研究结果可为设计输送高粘度介质的离心泵提供参考。 本文的主要研究内容和结论如下: (1)分析了介质粘度对边界层和泵内能量损失的影响,得出介质粘度的增加,使得吸附在流道壁面的边界层厚度增加,引起离心泵的有效过流逶道变窄,减少出流的面积,叶片出口附近吸力丽边界层增厚相当于减小了叶片出口安放角。介质粘度的增加使得泵内的圆盘摩擦损失和水力损失增大,容积损失减小。 (2)对Z40-160型离心泵输送不同粘性介质时的内部流动进行了数值模拟,并预测了相应工况下的外特性。结果表明:随着粘度的增加,泵的扬程、效率下降,轴功率上升,介质的粘度对泵的关死点的扬程影响较小,但关死点的轴功率会随着粘度增大而增大。 (3)分析了离心泵叶轮各参数对泵性能的影响,得出叶片出口安放角、出口宽度和叶片数量对泵输送高粘度介质时的性能有较大影响。改变这三个参数,设计出8个不同的叶轮,并与现有蜗壳组装成8台泵。采用SolidWorks对8台泵进行几何造型,并利用ICEM进行网格划分。 (4)对8台泵输送清水和5种不同粘度的粘油时的内部流动进行了数值模拟,并预测了相应工况下的外特性。结果表明:输送清水介质时,可采用原有泵的结构;当输送介质粘度介于10.8mm2/s~200.15mm2/s时,适当增大叶片的出口角和出口宽度而叶片数保持不变;当介质粘度v≥240.26mm2/s时,适当增大叶片的出口角和出口宽度同时减少叶片数。 (5)在额定工况下,对8台泵输送不同粘度介质时的内部流场进行分析。 结果表明:在所研究的粘度范围内,出口角和出口宽度的增大会使得泵内部进出口总压差增大。当输送介质粘度v≤200.15mm2/s时,叶片数的减少会使得泵内部的进出口总压差减小;当介质粘度v≥240.26mm2/s时,叶片数减少会使得泵内部的进出口总压差增大。