轴流泵内部流动及受力特性的分析与研究
轴流泵工作原理
轴流泵工作原理
轴流泵是一种用来输送液体的机械设备，其工作原理是通过转动叶轮来产生离心力，将液体从泵的进口吸入，并通过轴向排放出来。
轴流泵通常由叶轮、泵壳和驱动装置组成。
叶轮是轴流泵的主要组成部分，它由多个叶片连接在一起，通常呈螺旋形状。
当驱动装置运转时，叶轮也会随之旋转。
当叶轮旋转时，液体会随着叶片的运动而进入泵壳内部。
在叶轮内部的液体被离心力推动，沿轴向方向流动。
同时，叶轮的旋转也会产生一种低压区域，在这个低压区域内，液体会被吸引进入叶轮内部。
这样，液体就会从泵的进口处被吸入，并经过叶轮的作用被推送到泵的出口处。
轴流泵在工业和农业领域中广泛应用，常见用于农田灌溉、排水系统、冷却塔以及污水处理等领域。
由于其结构简单、效率高，轴流泵在大量的液体输送工作中发挥着重要的作用。
然而，需要注意的是轴流泵的应用范围有限。
由于其工作原理的限制，轴流泵适用于输送大量液体，但不适用于输送高粘度的液体或含固体颗粒的介质。
此外，使用轴流泵时还需要注意选用合适的泵壳、叶轮和驱动装置，以确保泵的正常运行和高效性能。
轴流泵变转速性能试验及内部流场数值计算(机工学报初全稿)
轴流泵变转速性能试验及内部流场数值计算*沙毅宋德玉段福斌喻彩丽曹淼龙（浙江科技学院机械与汽车工程学院，杭州310023）[摘要]：研制比转速550、转速2900 r/min型QY90-4.4-1.5潜水轴流泵试验样机。
通过型式及变转速外特性试验，得出轴流泵Q—H、Q—P和Q—η性能曲线变化规律；验证Q—H、Q—P曲线及各转速最优工况之间换算均不满足相似定律，泵综合特性曲线等效曲线与相似抛物线差别较大；采用CFD方法进行转速对流场影响数值计算，得到不同转速下最优工况叶片表面速度和静压分布，阐明外特性变化规律的内在原因；泵转速提高，叶片表面速度增大，内部流动基本符合圆柱层流面无关性假设；同时叶片所受升力增大，叶片背面所承受的负压强进一步降低，易发汽蚀的可能性增大，可以推测汽蚀是制约轴流泵高速化发展的主要因素之一。
关键词：轴流泵性能试验变转速计算流体动力学汽蚀余量中图分类号：TH314文献标识码：AExperiments and Numerical Simulation on Variable SpeedPerformance and Internal Flow of Axial Flow PumpSha Yi Song Deyu Duan Fubin Yu Caili Cao Miaolong(School of mechanical＆Automotive Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,Zhejiang China) Abstract：The QY90-4.4-1.5submersible axial flow pump with specific speed 550 and rotate velocity 2900 r/min was developed. Through the experiment of type and the external characteristics of the variable rotational speed, performance curves such as Q—H、Q—P and Q—ηwere obtained. The conversion for Q—H、Q—P and the optimal condition among the variable rotational speed does not meet the proportion law of similar theory and the affect between similar parabola of general characteristics and efficiency contour is larger. The internal flow fields on effect of the variable rotational speed were numerically simulated by CFD and both velocity distribution and static pressure distribution of blade surface at the various pump rotational speed are obtained. By analyzing the test data, the relation between the external characteristic and the internal flow was discussed, also the investigation results proved that the speed around the blade surface were improved with the increasing of rotational speed and the internal flow of pump can satisfy the assumptions of cylindrical flows without interference. Meanwhile it was showed that lift on the blade increases, the negative pressure on the blade suction surface further reduces and where the cavitation be prone to take place.Keywords：Axial flow pump, Performance test, variable speed, CFD, NPSH引言泵发展趋势之一是高速化[1]。
液体力学的泵流动特性研究
液体力学的泵流动特性研究液体力学是研究液体在力学作用下的行为和性质的科学领域。
其中，泵是液体力学中重要的研究对象之一，其流动特性的研究对于提高泵的效率和性能具有重要意义。
本文将探讨液体力学中泵的流动特性研究的相关内容。
泵是一种将液体从低压区域输送到高压区域的装置。
泵的流动特性研究主要包括流量、扬程、效率、压力脉动等参数的测量和分析。
首先，对于流量的研究，一种常用的方法是通过容积法进行测量。
容积法是基于在一定时间内通过泵的液体体积来确定流量大小，通过此方法可以准确地得到泵的流量特性曲线。
其次，扬程是指泵抬升液体的能力，也是衡量泵性能的重要参数之一。
扬程的研究通常使用压力法来进行测量，即通过测量在泵的进口和出口处的压力差来确定泵的扬程。
此外，效率是衡量泵能量利用程度的指标，是流动特性研究中的关键参数之一。
通过测量泵的功率输入和输出，可以确定泵的效率。
高效率的泵对于节约能源和降低运行成本具有重要意义。
此外，压力脉动是泵流动特性研究中的一个重要方面。
压力脉动是由于泵叶片旋转导致的液体压力的周期性波动，会对泵的性能和稳定性产生影响。
因此，研究压力脉动的规律对于提高泵的稳定性和可靠性具有重要意义。
通过合适的实验装置和测量方法，可以对压力脉动进行测量和分析，从而得到泵的压力脉动特性曲线。
除了以上几个方面，还有许多其他的因素会对泵的流动特性产生影响。
比如，泵的设计参数、流体的粘度、温度、泵的进口和出口几何形状等。
这些因素的变化会导致泵的流动特性发生变化，因此在泵的流动特性研究中也需要对这些因素进行综合考虑。
在泵的流动特性研究中，实验和数值模拟是两种常用的方法。
实验可以通过搭建合适的实验装置和测量仪器来进行，可以准确地获取泵的流动特性数据。
数值模拟则是通过建立数学模型和计算方法，对泵的流动特性进行模拟和预测。
两者相结合可以得到更全面和准确的泵的流动特性研究结果。
总结而言，液体力学中泵的流动特性研究是一个综合性的研究领域，涉及到流量、扬程、效率、压力脉动等多个参数的测量和分析。
轴流泵内部流动的压力及性能研究
１ 控 制 方 程 与 湍 流模 型
由连续 性方程 、动量方 程及 模型构 成控 制方 程 组 。 在本 文计 算 中 ，采 用 工 程 上 广 泛 应 用 的 ｋ 占 一
上式 中 的常数 Ｃ ＝ ． ， ｋ １ ； ＝ ．，Ｃｌ Ｏ０ ＝ ． １ ９ Ｏ ３ 。 ＝
１４ ．４， Ｃ￡ ． ２。 ２ ９ ：１
网格 ２ ４ ８ ； ３８ 个
在 上式 中 ，取 ｋ ０ ２啕 ＝． ４
２４ 算 ． 法
出 口面 ：三 角形 网格 ３ ５ ４ ２个 ； 进 口面 ：三 角形 网格 ２ ３ ５ ４个 ； 节点 ：８ ８ ５ 。 ８２ 个
轴 流 泵 具 有 流 量 大 、扬 程 低 、结 构 简 单 的特
点 ，广泛 地用 于各 种排 灌 、供 水 工程 。我 国在 南水 北 调 东 线 工程 中 ，三 期 共建 ５ １座 泵站 （ 机 ２ ８ 装 ７ 台） ，其 中 ７ ％的泵 站 为扬程 ５ｍ 以下 的低扬 程轴 ０
流泵 站 。
差 一＋卜 旦 Ｏ ］ ｘ 差 ｋ
麦 ＝ 一 麦
，
近 年 来 ，随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 ，使 用 Ｃ Ｄ Ｆ
技 术对 泵 内部流 动进 行数 值模 拟 ，探 索泵 内部 流动
令
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在 定 常 条 件 下 ，贝 可 ｉ Ｊ
规 律 的研究 发展 很快 ，已成为 流体机 械研 究 的热点
２０ 年第 １ ０７ 期
部 分 ，没 有 考 虑 泵 出 口部 分 的 弯 管 和 泵 的进 口部
进 口处 的湍动 能耗散 率根 据湍 动能 和进 口特 征长 度
分 。叶 轮 直 径 ３０ ｍ ｏ ｍ，４片 叶 片 ，导 叶 ７片 ，
轴流泵的内部流动与性能特性分析
轴流泵的内部流动与性能特性分析轴流泵是一种常用的水泵，其工作原理是通过叶片的旋转来实现液体的输送。
随着科技的发展和工程领域的需求增加，对轴流泵的性能特性也提出了更高的要求。
本文将对轴流泵的内部流动与性能特性进行分析。
首先，我们来了解一下轴流泵的工作原理。
轴流泵的核心部件是叶轮，叶轮由多个叶片组成，通过电机驱动叶轮旋转。
当叶轮旋转时，液体在叶片的作用下被吸入叶轮并加速，然后通过叶轮与泵体之间的间隙流出，完成液体的输送过程。
在轴流泵的内部流动中，液体在进入叶轮之前首先通过进水口进入泵体，并将压力能转化为动能，提供给叶轮进行转动。
然后，液体在叶轮的作用下产生离心力，并得到加速，进而形成高速旋涡。
高速旋涡将液体推向泵体出水口，完成整个输送过程。
而轴流泵的性能特性是指其在工作过程中所表现出的各项性能指标。
其中，最重要的性能指标之一是流量。
流量是指单位时间内通过轴流泵的液体体积，其大小直接影响着轴流泵的输送能力。
在实际应用中，我们通常根据工程需求来选择合适的轴流泵流量。
除了流量外，另一个重要的性能指标是扬程。
扬程是指液体在通过轴流泵时所克服的压力差，其大小决定着轴流泵的输送距离。
通常情况下，轴流泵的扬程与流量成反比关系，即流量越大，扬程越小，反之亦然。
此外，效率也是评价轴流泵性能的重要指标之一。
效率是指轴流泵将输入的能量与输出的能量之比，对于功率的利用效率越高，轴流泵的性能越好。
然而，在实际工作中，由于摩擦、泄漏等因素的存在，轴流泵的效率往往不会达到百分之百，因此，提高轴流泵的效率也是工程师们不断努力的目标。
此外还有一些其他的性能指标，如轴功率、轴流泵的特性曲线等，但由于篇幅的限制，本文不再一一讨论。
综上所述，轴流泵的内部流动与性能特性是相互关联的。
只有理解了轴流泵内部流动的原理，并结合其性能特性进行分析，工程师们才能更好地选择和设计轴流泵，以满足不同工程项目的需求。
同时，通过不断提高轴流泵的性能，并优化其内部流动结构，我们可以使轴流泵在工作过程中更加高效、稳定，为工程领域的发展做出更大的贡献。
轴流泵工作原理和性能特点
轴流泵工作原理和性能特点(总2页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--轴流泵工作原理和性能特点轴流泵是叶片式泵的一种。
它输送液体不像离心泵那样沿径向流动，而是沿泵轴方向流动，所以称为轴流泵。
又因为它的叶片是螺旋形的，很像飞机和轮船上的螺旋桨，所以有的又称为螺旋桨泵。
(1)轴流泵的种类轴流泵根据泵轴安装位置可分为立式、斜式和卧式三种。
它们之间仅泵体形式不同，内部结构基本相同。
我国生产较多的是立式轴流泵。
立式轴流泵的内部结构，它主要由泵体、叶轮、导叶装置和进出口管等组成。
泵体形状呈圆筒形，叶轮固定在泵轴上，泵轴在泵体内由两个轴承支承，泵轴借顶部联轴器与电动机传动轴相连接。
叶轮一般由2～6片弯曲叶片组成，形状和电风扇叶片相似，有扭曲。
叶片的结构有固定的和螺旋角可以调节的两种。
可调节叶片又有半调节式和全调节式的两种。
半调节式的叶片是可拆装的，改变角度需把叶片松开用手工调节；全调节式的是通过一套专门的随动机构自动改变叶片的角度。
大型轴流泵的叶片大多为全调节式的。
导叶装置外形呈圆锥形或圆柱形，一般装有6～10个导叶片。
导叶装置的作用是使从叶轮出来的液体流经导叶片所构成的流道后增加压力，提高泵的效率。
进口管为喇叭形的。
出口管通常为60°或90°的弯管，其作用是改变液体流出的方向。
(2)轴流泵的工作原理轴流泵输送液体不是依靠叶轮对液体的离心力，而是利用旋转叶轮叶片的推力使被输送的液体沿泵轴方向流动。
当泵轴由电动机带动旋转后，由于叶片与泵轴轴线有一定的螺旋角，所以对液体产生推力(或叫升力)，将液体推出从而沿排出管排出。
这和图l —26所示的电风扇运行的道理相似，靠近风扇叶片前方的空气被叶片推向前面，使空气流动。
当液体被推出后，原来位置便形成局部真空，外面的液体在大气压的作用下，将沿进口管被吸入叶轮中。
只要叶轮不断旋转，泵便能不断地吸人和排出液体。
斜式轴流泵装置内流特性数值分析与验证
2021年11月灌溉排水学报第40卷第11期Nov.2021Journal of Irrigation and Drainage No.11Vol.4066▪灌溉技术与装备▪文章编号：1672-3317（2021）11-0066-07斜式轴流泵装置内流特性数值分析与验证胡文竹1，仝道斌2，李忠斌1，王瑞2，杨帆1,3*（1.扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州225009；2.宿迁市宿城区水利局，江苏宿迁223800；3.江苏省水利动力工程重点实验室，江苏扬州225009）摘要：【目的】分析斜式轴流泵装置流道内部的流动特性。
【方法】基于CFD 技术对30°斜式轴流泵装置全流道进行三维数值模拟计算，明晰了不同流量工况时泵装置各过流结构的水力特性。
【结果】肘形斜式进水流道出口存在明显的速度梯度，最优流量工况（1.0Q bep ）时进水流道出口断面的轴向流速均匀度为93%，速度加权平均角为85.2°；随流量的增大，叶轮叶片高压区逐渐从进水边移向出水边，叶片表面压力呈规律性的梯度分布；导叶体出口断面的速度环量随流量的增大先减小后增大，最优流量工况（1.0Q bep ）时导叶体出口断面的速度环量最小；平直管式出水流道弯管段的涡结构多为长条状，主要分布在弯管进口处和泵轴附近。
【结论】斜式轴流泵内部流态相对均匀，肘形斜式进水流道能为叶轮提供良好的入流流态；斜式轴流泵装置模型与试验外特性基本一致，验证了数值模拟的有效性。
关键词：斜式轴流泵；泵装置；内流场；水力性能；数值模拟中图分类号：TV675文献标志码：Adoi ：10.13522/ki.ggps.2021247OSID ：胡文竹,仝道斌,李忠斌,等.斜式轴流泵装置内流特性数值分析与验证[J].灌溉排水学报,2021,40(11):66-72.HU Wenzhu,TONG Daobin,LI Zhongbin,et al.Numerical Analysis of Internal Flow in a Slanted Axial-flow Pump[J].Journal of Irrigation and Drainage,2021,40(11):66-72.0引言【研究意义】斜式轴流泵装置具有开挖深度小，流态平稳，效率较高的优点[1]，在平原地区的大中型低扬程泵站中得到广泛应用。
流体力学在轴流泵中的应用探讨
流体力学在轴流泵中的应用探讨引言轴流泵作为一种重要的流体机械设备，在水电站、城市排水系统、农田灌溉等领域得到了广泛的应用。
流体力学作为轴流泵设计和优化的基础理论，对轴流泵的性能以及流动特性有着重要的影响。
本文将探讨流体力学在轴流泵中的应用，介绍轴流泵的工作原理，分析影响轴流泵性能的因素，并探讨流体力学在轴流泵改进和优化中的应用。
轴流泵的工作原理轴流泵是一种利用叶轮叶片的压力作用和离心力来输送液体的流体机械设备。
它的工作原理基于流体力学中的伯努利定理和牛顿第二定律。
轴流泵通常由电动机、叶轮、蜗壳、进出口管道等部件组成。
当电动机工作时，通过轴将动力传递给叶轮，叶轮开始旋转。
当液体进入叶轮时，叶轮的叶片将液体加速，并将其排出。
在加速过程中，液体的动能增加，同时受到叶片的离心力作用，产生压力。
最后，液体通过出口管道排出。
轴流泵的工作原理可以简单概括为将机械能转化为液体动能和压力能的过程。
流体力学提供了对轴流泵运行状态的预测和分析方法，为轴流泵的设计和优化提供了理论依据。
影响轴流泵性能的因素叶轮的设计和几何形状叶轮是轴流泵的核心部件，其设计和几何形状对轴流泵的性能有着重要的影响。
叶轮的形状、叶片数目、叶片的入射角度等参数都会影响轴流泵的流量、扬程和效率。
在流体力学中，通过对叶轮叶片的气动和水动力性能进行分析，可以确定最佳的叶轮设计参数，以实现最高效率和最大的流量。
进出口管道的形状和尺寸进出口管道的形状和尺寸也是影响轴流泵性能的重要因素之一。
进口管道的设计应该尽量减小进口阻力，降低液体流经管道时的能量损失。
出口管道的设计应该保证液体正常流出，防止液体回流。
流体力学中的管道流动分析方法可以帮助设计人员确定最佳的管道形状和尺寸，以提高轴流泵的性能。
液体的物理性质液体的物理性质，如密度、黏度等，也会对轴流泵的性能产生影响。
这些物理性质与轴流泵的流量、扬程和效率等性能指标有密切关系。
在流体力学中，可以通过流动状态方程和能量方程等基本方程，对液体的物理性质进行分析和计算，从而了解液体对轴流泵性能的影响，并采取相应的措施进行调整和优化。
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ｒ８２２‘０５
中ｍ分类号单位代号１１９０３
学日０２７２０８：上海大学＠硕士学位论文
ＳＨＡＮＧＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ
题轴流泵内部流动及受力特ｌ
目性的分析与研究
作考苤聂——一
学科专业流体力学
导师呈坚９９塾量
睦丝勤塑援
完成日期２００５年３月
图３－１计算区域及网格划分
§３．３结果分析
§３．３．１压力和速度分布
本章计算了表３一ｌ中轴流泵叶片角度在．４０、ｏｏ和４０时８个流量工况下的流动。
图３．２是叶片角度在００，流量为１２ｍ３／ｓ时整个轴流泵表面静压分布。
从图中可以看出，吸入管内部的压力较低，其分布比较的均匀。
当流体进入叶轮时，首先在靠近进水边的叶片背面清楚的看到存在低压区，这是因为流体由吸水管进入叶轮的叶片通道时，由于叶片的作用，使得流体的速度在靠近叶片的背面迅速增大，从而形成低压区。
在轴流泵实际的运行过程中，此位置常会发生汽蚀现象，引起叶片的破坏，故在轴流泵设计时需要考虑这个重要因素，根据实际运行工况，选择合适的叶片翼型。
流体在叶轮中的压力变化较大，沿着叶片工作面的法向方向，流体的压力由大到小逐渐变化。
当流体由叶轮的４个流道进入６个导叶的流道时，由于高速旋转的叶轮叶片和静止的导叶间的相互作用，使得导叶段中压力分布沿
于指导高效轴流泵的设计具有重要意义。
图３－２轴流泵表面静压分布
图３－３（ａ）叶轮叶片及轮毂表面静压分布图３－３（ｂ）叶轮叶片及轮毂表面静压分布
图３－３（ｃ）叶轮叶片及轮毂表面静压分布圈３．４导叶、轮毂和轴表面静压分布
第三章轴流泵内部流动特性的数值研究
段内由于叶轮叶片和导叶相互作用的非定常流动时存在一定的偏差。
在对轴流泵进行性能预测时，考虑到叶轮区域流动的准确模拟才是影响性能的主要因数，故本文仍采用此模型，模拟叶轮在某一固定位置时轴流泵内的流动。
虽然这对于水泵的内部流动计算产生一定的误差，但水泵的性能是在时间和空间平均意义上的体现，为此从综合性能上讲，应该影响不大。
图３．７（ａ）截面Ａ轴向速度等值图图３．７（ｂ）截面Ｂ轴向速度等值图图３－８（ａ）～（ｃ）分别为在截面Ｉ、Ｉｌ、ＩＩＩ处的速度分量沿半径为７００ｒａｍ的半圆周方向的变化，其中截面的位置可参看图３－５。
图中横坐标表示半周周弧度，其变化范围是一兰～兰，以下若无特殊说明，半圆周方向的横坐标取法与此同。
２２
从图３—８（ａ）可以看出，在轴向、径向和切向的三个速度分量中，径向速度最小，几乎为零；切向速度比径向速度大得多；轴向速度最大，且比切向速度大很多。
这说明流体在进入叶轮前主要是沿着轴向流动，在靠近叶轮进水边处会出现微小的预旋。
由于吸水管的截面面积不存在较大的收缩或扩散，故径向速度其值非常的小。
此外，对应于叶轮的４个叶片的几何结构，速度分量沿圆周方向的变化呈现出一定的周期性。
在图３．８（ｂ）中，流体经过叶轮后，由于叶轮的作用，切向速度的大小变得较大，其值和轴向速度相当。
与图３－８（ａ）相比，速度分量沿半圆周方向分布的位置也发生了偏移，这主要是由于叶片沿圆周方向发生了较大的扭转。
在图３－８（ｃ）中，流体经过导叶的顺直后，切向速度又变得较小，同时压力有所增大；而轴向速度由于叶轮叶片和导叶的相互作用，出现沿圆周方向局部轴向速度非常小的情形，这与图３．７（ｂ）中的情形类似。