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基于两相流的多级离心泵汽蚀性能分析

浏览次数:1391发布日期:2012-09-21
  多级离心泵在运转过程中,有时会出现水力机械特有的汽蚀现象。汽蚀现象改变了流道内的速度分布,使离心泵的效率下降、扬程降低,引起机器振动,同时也会使叶轮遭受破坏,严重影响工作性能,并妨碍其正常运行。所以如何准确地预测泵的汽蚀性能,防止汽蚀的发生是一个重要的研究方向。由于汽蚀现象本身的复杂性以及测量的困难性,要对汽蚀现象准确的定量分析还很难。随着计算流体动力学(CFD)技术在水力机械内部流场计算中应用日益广泛,CFD成为优化设计的重要工具。所以使用数值模拟研究多级离心泵内部的汽蚀流动,预测泵的汽蚀性能,对汽蚀现象进行准确地定量分析已经成为可能。本文利用CFX软件的RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,采用Rayleigh-Plesset汽蚀模型对多级离心泵的首级叶轮进行了汽蚀模拟。分析了压力场和速度场,得到了不同压力、不同流量下的气泡分布和速度矢量分布。还对9个流量工况下的叶轮进行了完整的汽蚀模拟计算,从汽蚀未发生、汽蚀初生到汽蚀发展,找到了临界汽蚀余量点,得到了NPSH-Q曲线,并和实验曲线进行了比对。本文得到的结论如下:
  
  1、为了验证模拟软件和模型的准确性,先对多级离心泵的两级叶轮和导叶进行无汽蚀模型的单相流动数值模拟,把模拟结果和实验结果进行了对比,模拟曲线和实验曲线的趋势一致,误差较小,证明了模拟的有效性和可行性。从模拟结果发现泵压力zui低的地方在多级离心泵首级叶轮叶片进口处,为下面的工作打下了基础。
  
  2、对多级离心泵的首级叶轮进行了汽蚀模拟。得到了压力分布图和速度矢量分布图,知道了汽蚀初生的位置在叶片背面进口稍后处。调节出口压力和流量,得到了汽蚀随压力和流量变化图。利用模拟计算可以观察到汽蚀初生,找到汽蚀初生点,这对防止离心泵的汽蚀有重要的意义。
  
  3、对9个流量工况下的叶轮进行了汽蚀模拟,找到临界汽蚀余量得到NPSH-Q曲线并与实验曲线进行对比,两条曲线的趋势基本一致,在大流量工况下误差较大,在小流量工况,特别是额定工况下模拟结果和实验结果较为接近。说明该模拟方法可以准确预测离心泵的汽蚀性能,也说明数值模拟预测可以代替繁琐而又复杂的泵汽蚀实验。
  
  离心泵是流动介质(气体和液体,也可以是悬浮颗粒与气体或液体的混合物)从叶片转轴根部(进口)进入,介质依靠高速转动叶片获得离心力,产生一个高压,从泄压口(出口)流出的介质输送设备。多级离心泵是将具有同样功能的两个以上的泵集合在一起,流体通道结构上,表现在*级的介质泄压口与第二级的进口相通,第二级的介质泄压口与第三级的进口相通,如此串联的机构形成了多级离心泵。多级离心泵的意义在于提高设定压力。
  
  
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