长短叶片圆盘泵内部流动数值模拟及试验研究

来源 :西华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaoshuang1989
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随着工业中对流体输送需求的不断增加,泵等流体机械的应用范围日益扩大,运行工况也更加复杂,对输送工作介质的需求也日趋多样。叶片圆盘泵作为一种特种泵,由于叶轮间存在的无叶区,使其具有不易堵塞、不易磨损、抗冲击等特性,大大提升了泵的使用寿命,在输送高粘性、高含气率以及固液两相介质等方面具有传统离心泵无法比拟的优势。然而目前叶片圆盘泵存在效率低等问题,限制了其应用场合。对此本文基于原有叶片圆盘泵,加入长短叶片以替代原有叶片结构,结合数值模拟和试验的方法,对原有叶片圆盘泵和长短叶片圆盘泵进行不同流量工况下的定常以及非定常计算,对比分析其能量特性、内部流动特性和压力脉动特性,得出长短叶片结构对叶片圆盘泵流动特性的影响规律。主要研究工作和结论如下:(1)以叶片圆盘泵模型为研究对象,使用UG软件绘制全流道三维水体计算域,采用ICEM CFD软件划分结构化网格,并通过原模型圆盘泵的试验结果验证数值模拟方法的可靠性,结果表明数值模拟可以较为准确的预测模型的流动特性。(2)对两种叶片圆盘泵模型进行定常数值模拟,对比分析不同工况下两种模型的全流道定常计算结果,探究其能量特性及内部流动特性,结果表明在能量特性方面,相对于原模型圆盘泵,长短叶片圆盘泵大幅提高了扬程和效率;设计工况下的长短叶片圆盘泵扬程提升了8.36 m,效率增大了4.44%。在内部流动特性方面,长短叶片结构可以改善叶轮内部流场分布,能有效防止尾流产生与发展,使流动更加均匀,并且能够使叶片压力面和吸力面的压力差更小,有效缓解叶片吸力面处的负压情况。(3)对两种叶片圆盘泵模型进行非定常数值模拟,设置监测点对泵内压力脉动进行信号采集,提取不同监测点的压力脉动时域信号,通过快速傅里叶变换(FFT)进行频谱分析,得到频域特性,探究两种模型内压力脉动的相关规律,结果表明研究模型流道内无叶区的压力脉动幅值最大,两种模型的压力脉动主要以叶频及其倍频为主,压力脉动幅值沿着流道的传播逐渐减弱;长短叶片圆盘泵在各个监测点处压力脉动幅值较原模型圆盘泵均有不同程度的降低;叶片圆盘泵中无叶区的压力波动与叶片数量相关,长短叶片结构会增加压力脉动的波动频率,减小压力脉动强度,提高运行稳定性。(4)对两种模型进行了不同转速下的外特性试验,试验结果表明长短叶片圆盘泵与原模型圆盘泵外特性曲线趋势一致,且长短叶片圆盘泵的水力性能相较于原模型圆盘泵有一定提升,随着转速的提高,提升幅度随之减小。长短叶片圆盘泵的效率随着转速的增大而减小,且转速越大,最高效率点更靠近大流量;在高转速大流量工况下,泵内可能出现了空化现象导致叶片圆盘泵性能快速下降。
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