带前置诱导轮的复合叶轮型离心泵数值分析
表１ 计算区域网格数量
过流部件 诱导轮和首级叶轮 径向式导叶 次级叶轮 整体网格数目
节点数 ２７２ １４６ ４８０ ４５７ ２９８ ６００ １ ０５１ ２０３
单元数 １ ２８７ ４８７ ２ ４２９ ２４２ １ ４４１ ０５８ ５ １５７ ７８７
的局部损失比较大， 所以将导叶流动区域的网格划 分得相对细密， 见表１。
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２００８
文献标志码： Ａ
带前置诱导轮的复合叶轮型离心泵数值分析
马 薇， 罗 芳， 梁武科
（ 西安理工大学， 西安 ７１００４８）
Ｎｕｍｅｒ ｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃｅｎｔｒ ｉｆｕｇａｌ Ｐｕｍｐ Ｉｎｓｔａｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｕｃｅｒ
图５ 首级叶轮中心回转面相对速度矢量图
从图６中可以看出， 次级叶轮流道内流量和流 速的分布同首级的趋势是一样的， 但是这种在各个 流道内流量和流速的分布差别没有首级那么明显。 在设计工况下， 进口处也没有产生回流。整体的流 动情况均优于首级叶轮。
第 ２４ 卷 第 ５ 期
电网与水力发电进展
水力发电
Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ
值。本文采用的正是压力出口边界条件， 相对静压
力给零。
（ ３） 固壁条件： 在近壁区域由于雷诺数较小， 紊
流模型不再适用， 可采用壁面函数法处理， 壁面速
度与距离按对数分布：
ｕ＋＝ Ｕｆ ＝ １ ｌｇ（ｙ＋Ｅ）
（ ５）
ｕτ ｋ
ｙ＋＝ ρΔｙｕτ
（ ６）
μ
ｕτ＝（
τω） １／２ ρ
（ ７）
式中， ｕ为近壁速度； ｙ为离壁面的距离； τ为流动切应
７３
! !ｘｊ
（ｕｊ）＝０
（ １）
动量守恒：
! !ｔ
（!ｕｉ）＋
! !ｘｊ
（!ｕｊｕｉ）＝－
!Ｐ !ｘｉ
＋
!"ｉｊ !ｘｊ
Ｓｕｊ
（ ２）
要对以上两个方程进行求解， 必须引入湍流模
型封闭方程。由于低比转数离心泵内部湍流流动是
一种高Ｒｅ数的紊流模型， 本文使用标准的ｋ－ #模型，
控制方程的表达式为：
$" # % !ｋ
力； ｋ＝０．４１； Ｅ＝９．０１１。
２ 计算域建模及工况点的选择
实体造型的目的就是要完整并尽量准确地反 映设计的形体。本文整个形体采用柱坐标系来完 成， 基本的步骤都是由点到线进而生成面再到体。 无论用什么软件进行实体造型， 我们需要研究的是 流体的运动， 最终要建立的是流体流动的空间， 而 不是叶片压力面和吸力面组成的空间， 所以要“减” 去没有流体流动的空间。
关键词： 离心泵； 复合叶轮； 数值研究； 性能预测
内部的流动更加复杂， 亟待解决的问题也更多。对 于带前置诱导轮复合叶轮型两级离心泵的数值模 拟还很少见， 其内部的流动相比单级复杂的多， 流 体在有限的空间内经历了轴向—径向—轴向反复 交替变化的过程。本文就带前置诱导轮的复合叶轮 型两级离心泵的流动为研究对象， 应用适合于叶轮 机械内部复杂流动的有效数值模拟工具对各个过 流部件进行系统的研究分析。
１ 控制方程及边界条件
０ 引言
近年来， 全部件环境下的流动成为叶轮机械动 力学研究的焦点。尤其是低比转数复合叶轮离心泵
１．１ 控制方程 离心泵内部流动为三维不可压缩粘性流， 用基
于雷诺时均Ｎ－ Ｓ方程的表达式如下［１］。 质量方程：
水力发电
Ｗａ ｔｅ ｒ Ｐ ｏｗｅ ｒ
第 ２４ 卷 第 ５ 期
电网与水力发电进展
可压缩流体的计算与速度进口条件具有相同的功
能。本文以诱导轮进口处流量作为进口条件。
（ ２） 出口条件： 流动出口边界条件一般选择在
离几何扰动足够远的地方来施加， 在这样的位置，
流动是充分发展的。出口条件的压力值按平均静压
为一定值的方式给定， 在不考虑汽蚀的计算条件
下， 出口压力值对计算无影响， 可以任意给定一个
!ｔ
＋ｕｉ
!ｋ !ｘｉ
＝
! !ｘｊ
μ＋ μτ σｋ
!ｋ !ｘｊ
＋Ｐｋ－ ε
（ ３）
$& # % !!εｔ ＋ｕｉ
!ε＝ !ｘｉ
! !ｘｊ
μ＋ μτ σｋ
!ε !ｘｊ
＋Ｃ１εεｋ Ｐｋ－
Ｃ２εεｋ２
（ ４）
在 计 算 区 域 ， 应 用 有 限 体 积 法［２］对 控 制 方 程 进
行离散， 采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法实现压力和速度的耦合
图４ 静压力等高线分布图
从图５中可以直观的看到， 首级叶轮流道内流 量和流速分布都不均匀， 长叶片压力面和短叶片吸 力面之间的流道的流量和流速要大于短叶片压力 面和中长叶片吸力面之间的流道的流量和流速， 所 以长叶片压力面和短叶片吸力面侧的流动明显优 于短叶片压力面和中长叶片吸力 面侧的流动［６］。并 且在短叶片压力面和中长叶片吸力面组成的流道 进口处存在明显的回流， 但在长叶片压力面和短叶 片吸力面组成的流道内则没有回流。
水力发电
Ｗａ ｔｅ ｒ Ｐ ｏｗｅ ｒ
第 ２４ 卷 第 ５ 期 ２００８ 年 ５ 月
电网与水力发电进展 Ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ＆ Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
文章编号： １６７４－ ０００９（ ２００８） ０５－ ００７２－ ０５
中图分类号： ＴＨ３１１
３ 计算结果及分析
本文基于Ｎ－ Ｓ方程和标准的紊流模型， 具体分 析了设计工况下离心泵内部流动的特性。
图４表示模型中所有叶片的静压力分布， 可见 诱导轮和径向式导叶叶片的静压力变化比较小， 压 力主要是在首级和次级叶片上上升的， 这正体现了 液体的能量是由叶轮给予的， 且在叶轮出口的地方 增加的比较快。诱导轮的静压力沿轴向和径向增 加［４］， 最低压力点位于吸力面进口边的外缘处。首级 和次级叶片的静压力从进口到出口逐渐增加。正导 叶 的 压 力 在 螺 旋 段 和 扩 散 段 之 间 的 静 压 力 最 低［５］， 在正导叶的出口处达到最大值。反导叶的静压力变 化不大。
本文离心泵具体设计参数（ 图１￣３） 如下。
水力发电
Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ
７４
马 薇等： 带前置诱导轮的复合叶轮型离心泵数值分析
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．５
图１ 诱导轮和首级叶轮模型 图２ 径向式导叶模型 图３ 离心泵整体模型
首级叶片数： １２片（ ３个长叶片， ３个中长叶片， ６ 个短叶片） 。
导叶数： ７ 片。 次级叶片数： １２ 片（ ６个长叶片， ６个短叶片） 。 设计流量： Ｑ＝０．０３７ ６５ ｍ３／ｓ。 设计扬程： Ｈ＝１７１ ｍ。 叶轮直径： Ｄ＝１２８ ｍｍ。 额定转速： ｎ＝２ ９８０ ｒ／ｍｉｎ。 介 质 为 水 ， 密 度 为 ９９８．２ ｋｇ／ｍ３， 粘 性 系 数 为 ０．００１ ｋｇ／ｍｓ。由 于 是 紊 流 流 场 ， 将 流 体 视 为 不 可 压 缩。 由于本文诱导轮进口包角较大， 加之离心叶轮 叶片存在长中短叶片和短叶片的偏置， 使用结构化 网格划分比较困难， 所以采用适应性较强的四 面体［３］非结构化网格， 这种网 格在空间分 布比较自 由， 网格点之间的连接不再具有方向性， 而且可以 通过给定边界点的疏密来控制网格分布。由于导叶
从图８中可以看出计算扬程曲线和实验扬程曲 线的变化趋势也是一致的。计算曲线在小流量为
图８ 扬程－ 流量特性曲线
Ｑ ＝０．００５ ６ ｍ３／ｓ和Ｑ＝０．０１６ ８ ｍ３／ｓ的情况下没有大流 量 为Ｑ＝０．０２２ ３ ｍ３／ｓ和Ｑ＝０．０１６ ８ ｍ３／ｓ 的 扬 程 大 ， 这 也就是低比转速离心泵很容易产生的小流量驼峰 现象。同样对实验扬程曲线也可以看出这种现象的 存在， 说明数值计算在一定程度上可以准确地预测 到离心泵的外特性。但是计算结果还是存在一定的 误差， 如在Ｑ＝０．０１１ ６ ｍ３／ｓ的 情况下， 扬程 下 降 的 幅 度明显要比实验数据大。从整体来说趋势是一致的。
ＭＡ Ｗｅｉ， ＬＵＯ Ｆａｎｇ， ＬＩＡＮＧ Ｗｕ－ ｋｅ
（ Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｘｉ’ａｎ ７１００４８， Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｏｎ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ｉｎｄｕｃｅｒ ａｎｄ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＣＦＤ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｄａｔａ ｔｈａｔ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｇｉｖｅｓ ｐｒｅｄｉｃｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｍｐ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｃｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ｔｈａｔ ｔｅｓｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ． Ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｎｕｍｂｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｂｏｕｔ ｓｈｏｒｔ － ｂｌａｄｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｆｆｓｅｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ． Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ， ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｂｌａｄｅ ｗｈｉｃｈ ｏｆｆｓｅｔ ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．
到泵内的各个工况下的性能参数。 ４．２ 计算性能曲线和实验性能曲线的比较
诱导轮叶片数对超高速泵性能影响的研究
诱导轮叶片数对超高速泵性能影响的研究杨从新;刘洋【摘要】针对航空航天领域的一台超高速泵(38500r/min),基于SIMPLEC算法,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNG k-ε 湍流模型,对带诱导轮和不带诱导轮两种结构下的流动进行三维湍流数值模拟,分析其在各工况下的内、外特性,就诱导轮叶片数对超高速泵性能的影响进行探讨.结果表明,添加诱导轮可以改善泵的性能及流动状态;Z<3时,增加叶片数可改善诱导轮内的流动状态,提升诱导轮的水力性能,提高叶轮的汽蚀能力,使泵的整体性能逐渐上升;而当叶片数继续增加,泵的扬程虽然继续上升,但功率增大,效率下降,叶轮的汽蚀性能逐渐下降.诱导轮叶片数为3枚时,诱导轮内流动情况最优.Z=2时泵的整体性能最好.%Aiming at a super high-speed pump (38500 r/min)in the aerospace field,based on the SIM-PLEC algorithm,using Reynolds averaging Navier-Stokes equations and RNG k-εturbulence model,numer-ical simulations of three dimensional turbulent flow were carried out for the flows under two kinds of structures with inducer and without inducer,the internal and external characteristics of the pump under va-rious operating conditions were analyzed,and the influence of the number of inducer blades on the perform-ance of super high-speed pump was discussed.The results showed that the performance and flow state of the pump could be improved by adding inducer;when Z <3,the increase of the number of blades could im-prove the flow state of the inducer,improve the hydraulic performance of the inducer,and improve the cavi-tation performance of the impeller,so that the overall performance of the pump gradually increased;howev-er,when the number of bladescontinued to increase,the lift of the pump continued to rise,but the power increased,the efficiency decreased,and the cavitation performance of the impeller decreased gradually.When the number of inducer blades was three,the internal flow conditions of the inducer were optimal.When Z=2,the performance of the pump was the best.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2017(029)005【总页数】6页(P147-152)【关键词】超高速泵;诱导轮叶片数;数值计算【作者】杨从新;刘洋【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TH311高速泵是指转速超过常规转速(3 000 r/min)运行的泵，大多数运行在10 000r/min左右。
诱导轮对离心泵汽蚀影响的数值模拟研究
诱导轮对离心泵汽蚀影响的数值模拟研究离心泵的应用十分广泛,在农田灌溉、石油化工、轻工食品业、城市排给水、船舶工业和采矿业中都扮演着重要角色。
在实际使用过程中,汽蚀很大程度上限制了离心泵的效率和性能。
目前防止泵汽蚀的主要措施是提高装置汽蚀余量,但是要从根本上提高泵的抗汽蚀性能,还需要对泵加装诱导轮并进行结构优化。
本文设计了一种可以输送清水及类似清水介质的单级单吸式诱导轮离心泵,利用Proe(Pro ENGINEER)软件进行整机流场的三维实体建模,再将模型导入ANSYS软件中模拟,得出不同汽蚀余量下的叶轮气体体积云图、诱导轮叶面的速度矢量图、诱导轮上气泡体积分数为10%的等值面图等,同时通过对模拟数据进行处理分析预测诱导轮离心泵的空化曲线。
结合以上数值模拟方法,改变诱导轮的叶数、后掠角以及其与离心泵之间装配间距等结构参数,对组合好的离心泵整机模型进行模拟,通过分析模拟结果得出最佳的诱导轮离心泵结构。
结果表明:(1)加装诱导轮之后,离心泵叶轮上低压区域分布范围明显减少、临界汽蚀余量显著降低,并且当汽蚀发生时,有诱导轮的离心泵扬程下降更缓慢。
(2)单叶片诱导轮存在结构上的不对称性,叶片对轴截面流体做功不平衡,运行不稳定。
双叶片诱导轮叶片数较小,叶间排挤小,可能会出现交替汽蚀的情况。
三叶片诱导轮能保证流体速度和压力的均匀分布,将气泡压控在轮缘区域,防止扩散,又能给主叶轮入口处液体较大的旋转分量,降低其相对速度,可以有效提高泵的抗汽蚀性能。
(3)后掠角较小时,进口液体增压过程短,气泡向轮缘移动速度慢。
后掠角较大时,进口冲角增大,进口处液体对于诱导轮的冲击也随之增大,造成更加严重的汽蚀情况,使得汽蚀性能降低。
本次模拟的最佳诱导轮后掠角为120°。
(4)装配间距过大,主叶轮的回流和泄漏更严重。
装配间距过小时,诱导轮与叶轮之间排挤增加,流体湍动增强。
靠近后盖板区域有较强湍流,气泡不易扩散。
模拟研究得出最佳装配间距为10 mm。
离心泵的主要性能参数的介绍与计算
离心泵的主要性能参数的介绍与计算一、流量Q(m3/h 或m3/s) 离心泵的流量即为离心泵的送液能力，是指单位时间内泵所输送的液体体积。
泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。
操作时，泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。
二、扬程H(m) 离心泵的扬程又称为泵的压头，是指单体重量流体经泵所获得的能量。
泵的扬程大小取决于泵的结构(如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等、转速。
目前对泵的压头尚不能从理论上作出精确的计算，通常用实验方法测定。
泵的扬程可同实验测定，即在泵进口处装一真空表，出口处装一压力表，若不计两表截面上的动能差(即Δu2/2g=0)，不计两表截面间的能量损失(即∑f1-2=0)，则泵的扬程可用下式计算注意以下两点：(1)式中p2 为泵出口处压力表的读数(Pa)；p1 为泵进口处真空表的读数(负表压值，Pa)。
(2)注意区分离心泵的扬程(压头)和升扬高度两个不同的概念。
扬程是指单位重量流体经泵后获得的能量。
在一管路系统中两截面间(包括泵) 列出柏努利方程式并整理可得式中H 为扬程，而升扬高度仅指Δz 一项。
例2-1 现测定一台离心泵的扬程。
工质为20℃清水，测得流量为60m/h 时，泵进口真空表读数为-0.02Mpa，出口压力表读数为0.47Mpa(表压)，已知两表间垂直距离为0.45m 若泵的吸入管与压出管管径相同，试计算该泵的扬程。
解由式查20℃，h=0.45mp=0.47Mpa=4.7*10Pap=-0.02Mpa=-2*10PaH=0.45+=50.5m三、效率泵在输送液体过程中，轴功率大于排送到管道中的液体从叶轮处获得的功率，因为容积损失、水力损失物机械损失都要消耗掉一部分功率，而离心泵的效率即反映泵对外加能量的利用程度。
泵的效率值与泵的类型、大小、结构、制造精度和输送液体的性质有关。
诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能影响研究
诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能影响研究诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能影响研究概述：高速离心泵在工业领域起着重要作用，广泛应用于供水、化工、农业灌溉等领域。
诱导轮与叶轮是高速离心泵的两个重要组成部分，其匹配关系直接影响离心泵的性能。
为了研究并优化诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能的影响，本文将通过实验和数值模拟的方法从几个角度进行深入研究。
1. 引言高速离心泵作为一种常见的液体输送设备，其性能主要通过流体能量转换来实现。
而诱导轮与叶轮之间的匹配关系则影响着流体能量的转换效率，从而直接关系到泵的工作性能。
2. 实验方法为了研究诱导轮与叶轮的匹配关系对高速离心泵性能的影响，我们设计了一套实验平台。
首先，根据一定的设计参数，制作不同匹配关系的诱导轮和叶轮。
然后，在实验平台上测试不同匹配关系下的泵流量、扬程等性能指标，并记录数据进行分析。
3. 实验结果与分析通过实验，我们得到了不同匹配关系下的离心泵性能曲线。
经过分析发现，诱导轮与叶轮之间的匹配关系对泵的性能有直接影响。
当诱导轮与叶轮的匹配关系较好时，离心泵的流量和扬程都较高；而当匹配关系不合理时，泵的性能指标则会明显下降。
4. 数值模拟方法为了更进一步研究诱导轮与叶轮的匹配关系对离心泵性能的影响，我们运用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟。
首先，建立离心泵的三维模型，并进行网格划分。
然后，采用标准k-ε湍流模型进行模拟，得到不同匹配关系下的泵内流场分布情况。
5. 数值模拟结果与分析通过数值模拟，我们得到了不同匹配关系下的离心泵内流场分布图。
进一步分析发现，当诱导轮与叶轮的匹配关系合理时，泵内流体能够充分转移，从而提高泵的性能；而当匹配关系不合理时，泵内存在流动分离现象，导致能量损失和性能下降。
6. 优化匹配关系方法综合实验和数值模拟的结果，我们可以得出一些优化匹配关系的方法。
首先，通过设计合适的叶片形状和诱导轮进口角度，提高匹配关系的适配性。
长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟
农 业 机 械 学 报
第４ ２卷 第 ３期
长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟
， ２ 崔宝玲 １ 朱祖超 １ 林勇刚 ２
（ １ ． 浙江理工大学流体传输及应用实验室， 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ；２ ． 浙江大学流体传动及控制国家重点实验室， 杭州 ３ １ ０ ０ ２ ７ ）
图１ 复合叶轮结构示意图 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈｍ ａ ｐｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘｉ ｍ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ
表１ 叶轮的主要几何参数 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｍａ ｉ ｎｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ
第 ３期 崔宝玲 等：长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟
７ ５
角， 从而改善叶轮流 道 内 扩 散 程 度 及 稳 定 叶 轮 液 流 在叶轮流道的流动， 使更高的质量流量可以流经叶 轮， 使泵取得小流量稳定性； 而且复合叶轮进口叶片 数较少， 减少了进 口 排 挤， 降 低 了 进 口 的 动 压 降； 分 流叶片在进口段可 减 少 叶 片 阻 塞， 改善或防止尾迹 的产生和发展。 随着 计 算 机 和 计 算 流 体 力 学 的 发 展， 许多学者
１～２ ］ 开式和开式。 研 究 表 明 ［ ， 闭 式 长、 中、 短叶片的
引言 离心泵低比转数叶轮有 ３种形式： 闭式复合、 半
复合叶轮离心泵可以取得小流量稳定性。这是由于 复合叶轮出口叶片 数 增 加， 可采用较大的叶片出口
收稿日期：２ ０ １ ０ ０ ４ １ ６ 修回日期：２ ０ １ ０ ０ ６ １ ７ ２ ０ ７ ０ ６ ０ ４ ９ 、 ５ ０ ９ ７ ６ １ ０ ５ ） 和浙江省自然科学基金资助项目（ Ｒ １ １ ０ ０ ５ ３ ０ ） 国家自然科学基金资助项目（ 作者简介：崔宝玲， 副教授，主要从事流体机械的汽蚀特性与数值模拟研究，Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｂ ｌ ｃ ｕ ｉ ＠ｚ ｓ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
诱导轮对离心泵空化性能影响的研究的开题报告
诱导轮对离心泵空化性能影响的研究的开题报告题目：诱导轮对离心泵空化性能影响的研究一、研究背景和意义离心泵作为常见的流体输送设备，在工业生产、民用生活等领域得到广泛应用。
离心泵的工作性能与空化现象密切相关，因此研究离心泵的空化性能对于提升其工作效率和可靠性具有重要意义。
目前已有很多研究关于离心泵空化性能的影响因素，诱导轮是其中一个重要因素。
诱导轮通过引导前池流动，改变其流向和切向动量，进而影响离心泵的空化性能。
但是，已有研究成果存在不足，如：研究的泵型和诱导轮的结构不够丰富、研究方法不够全面、研究结论缺乏定量分析等。
因此，开展对离心泵诱导轮对其空化性能影响的研究，能够对于优化离心泵的设计和使用提供科学依据，具有重要的现实意义和应用前景。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将以某型号的离心泵为研究对象，以不同结构的诱导轮为研究变量，通过实验研究诱导轮对离心泵空化性能的影响。
具体研究内容如下：(1) 对离心泵进行基本参数测试，包括流量、扬程、效率等；(2) 制作不同结构的诱导轮，设计三种不同的诱导轮结构；(3) 进行离心泵与不同诱导轮的组合实验，记录离心泵的运行参数和泵腔内的气液两相状态；(4) 分析不同结构诱导轮对离心泵空化性能的影响机理、定量评估不同结构诱导轮的改善效果。
2. 研究方法本研究将采用实验研究和数值模拟相结合的方法，具体研究方法如下：(1) 采用旋转式阻抗测试仪对离心泵进行基本参数测试，获得离心泵工作点；(2) 采用三维数值模拟软件（如Fluent等）建立离心泵模型，并通过改变诱导轮结构进行模拟分析；(3) 将模拟结果与实验数据进行对比，并对不同结构诱导轮的改善效果定量评估。
三、预期成果本研究将得到离心泵与不同结构诱导轮组合后的空化现象及其影响机理，为离心泵的设计和使用提供科学依据，彰显离心泵的优越性和应用前景。
同时，研究结果将有望得到广泛的应用和推广，促进离心泵在各个领域的发展和应用。
船用离心泵内部流场的数值模拟及试验分析
第46卷第2期2017年4月船海工程SHIP & OCEAN ENGINEERINGVol . 46 No . 2Apr . 2017DOI ： 10. 3963/j. issn. 1671-7953.2017. 02. 037船用离心泵内部流场的数值模拟及试验分析黄书才，穆春玉，杨勤，陈斌，沈飞，罗力(武汉船用机械有限责任公司，武汉430084)摘要:为预测WDP150型船用离心泵的水力性能和汽蚀性能，基于yV-S 方程及湍流模型对其内部流场进行数值模拟，在闭式试验台上进行性能试验，比较和分析各性能参数仿真值和试验值的差异。
结果表 明，数值仿真可直观形象地分析离心泵内部流动规律，并能很好地预测离心泵的性能参数，为过流部件的优化 设计和后续设计同类型泵提供理论依据。
关键词:离心泵;内部流场;性能参数;数值模拟;闭式试验中图分类号：U664.5文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)02-0157-04电动深井式离心泵越来越广泛地被应用于成品油船、化学品船、原油船和FPS0，是液货船进行液货装卸、扫舱和船舱清洗排水的主要配套装备， 是仅此于油船主机的第二大系统[1]。
为降低研发成本及缩短开发周期，越来越多的科研工作者 通过数值模拟对离心泵内部流场进行仿真分析， 取得了一定的研究成果[2_7]。
然而，这些研究仅模 拟离心泵的内部流场及外特性，较少精确仿真离 心泵的汽蚀性能。
另外，详细总结离心泵各性能 参数的仿真值与试验值差别的研究也鲜见报 道[8_9]。
以本公司自主研发的WDP150型船用离心泵为研究对象，在额定工况下对内部流场进行 数值模拟，分析内部流动规律，并对外特性进行试 验验证，详细分析各性能参数的仿真值与试验值 的差异，为离心泵的研制提供参考。
1模型及网格计算模型是一台比转速为88.4的立式、单吸船用离心泵，型号为WDP 150，其设计参数见表1。
表1WDP150型船用离心泵的基本设计参数流量/ ( m3 • h~1 )扬程/m转速NPSH/m/ ( r • min )300120 3 0426计算域及网格划分如图1所示，包括进水管收稿日期:2016-10-13 修回日期:2016-10-29基金项目：国家发改委项目(发改办高技[2015]1409号) 第一作者:黄书才（1986—），男，硕士，助理工程师 研究方向：流体机械设计研发路、叶轮、压水室和出水管路4个部分，其中进水 管路和出水管路是为了避免求解时出现回流而人 为添加的两段圆柱管道，其长度可由经验值取得。
诱导轮对航空燃油离心泵性能影响的研究
诱导轮对航空燃油离心泵性能影响的研究吴国鸿;杨军虎;安策【摘要】目前,对诱导轮对航空燃油离心泵的性能影响认识不足,针对此问题,设计了等螺距和变螺距两种形式的诱导轮,对其进行数值研究.在数值计算过程中,对采用等螺距诱导轮、变螺距诱导轮和不采用诱导轮三个模型在0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q、1.4Q五种工况下进行数值模拟,得到了外特性曲线以及泵内流场速度、压力分布.分析结果表明:在燃油泵主叶轮前添加诱导轮,可以小幅度提升泵扬程,较大程度提高泵的效率,相比于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮的改善效果更好;添加诱导轮后,主叶轮入口流动情况得到改善,尤其在大流量工况下,低压区的分布减少,诱导轮对泵内流动的影响主要在叶轮进口处.%Target at the problem that the insufficient understanding about the influence of inducer on avia-tion fuel centrifugal pump performance,design two kinds of inducers which are constant pitch and variable pitch and conduct the numerical analysis on them.During the numerical calculation process,conduct the nu-merical simulation on three models which adopts constant pitch inducer,varying pitch inducer and no in-ducer respectively under five different working conditions of0.6Q ,0.8Q ,1.0Q ,1.2Q and 1.4Q ,obtain the external characteristic curve and flow field speed and pressure distribution inside the pump.By analyzing the results,it shows that add the inducer in front of the main impeller of fuel pump can improve the pump lift in a small extent and improve the pump efficiency in a relative large extent,the improving effect of var-ying pitch inducer is better than it of constant pitch inducer;after the inducer is added,the flow situation in the inlet of main impeller has beenimproved,especially under the condition of large flow rate working con-dition,the distribution in low pressure area decrease and the influence of inducer on pump internal flow mainly exists in the inlet and outlet of impeller.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2017(029)003【总页数】4页(P73-76)【关键词】航空燃油离心泵;诱导轮;变螺距【作者】吴国鸿;杨军虎;安策【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TH311航空燃油离心泵大部分时间在高空环境中运行[1]。
高速离心泵的压力脉动特性分析
高速离心泵的压力脉动特性分析甘彬彬摘㊀要:高速离心泵因具有单级扬程高㊁结构紧凑㊁维护方便㊁可靠性好等优点ꎬ被广泛应用于航空航天和石油㊁化工等民用领域中ꎮ随着国内石化行业的飞速发展ꎬ装置规模日趋大型化ꎬ大流量大功率高速泵的应用场合越来越多ꎮ高速泵转速高ꎬ从强度㊁轴向力等方面考虑ꎬ大都采用长短复合叶片的开式叶轮ꎮ通常为改善汽蚀性能ꎬ叶轮前配置前置诱导轮ꎮ结构的复杂性导致高速泵内部流动非常复杂ꎬ泵内流体压力脉动过大极易引起整个高速轴系的不稳定ꎮ因此ꎬ研究高速泵内部压力脉动对提高这类离心泵运行稳定性有重要意义ꎮ关键词:高速泵ꎻ导叶ꎻ扩压器ꎻ压力脉动㊀㊀本文采用雷诺时均方法(ｒａｎｓ)ꎬ对包括诱导轮㊁叶轮和导叶式扩压器在内的高速泵全部过流部件流场进行整体非定常数值模拟ꎬ对比了泵外特性的计算值与试验值ꎬ对泵内的压力脉动特性进行重点分析ꎮ一㊁计算模型计算对象是一台带前置诱导轮的半开式直叶片叶轮高速离心泵ꎬ过流部分由泵壳㊁诱导轮㊁叶轮㊁扩压器组成ꎬ如图１所示ꎮ泵的进出口直径分别为１５０ｍｍ和１００ｍｍꎬ叶轮叶片为７长１４短的直叶片ꎬ出口直径Ｄ２＝２１５ｍｍꎬ叶轮叶片数２１ꎬ诱导轮叶片数为３ꎬ转速ｒａ＝９８５７ｒ/ｍｉｎꎬ设计流量Ｑｄ＝０.０３９ｍ３/ｓꎬ设计扬程札＝９１６ｍꎮ计算域分为进水管㊁诱导轮㊁叶轮㊁扩压器－压水室四部分ꎬ考虑了叶轮和扩压器间的前间隙㊁诱导轮和外套间的间隙ꎬ并对泵的进出口进行适当延长ꎮ采用Ｔｕｒｂｏｇｒｉｄ软件生成结构化网格对叶轮域进行离散ꎬ能够较好地控制网格质量ꎬ同时保证边界层网格ꎮ诱导轮域㊁扩压器－蜗壳域采用对复杂边界适应性强的非结构化四面体网格进行离散ꎬ对诱导轮间隙和扩压器流道的网格进行局部加密处理ꎮ通过网格无关性检查ꎬ选择总数为５５６５４９７的网格作为计算网格ꎮ鉴于ＳＳＴｋ－ｗ湍流模型的优点是低雷诺数条件下的近壁处理ꎬ由于不涉及ｋ－ｓ模型中需要的复杂非线性衰减函数ꎬ因而对分离预测的准确度更高ꎬ本文采用湍流模型为ＳＳＴｋ－ｗ模型ꎮ在计算域进口给定进口总能量ꎬ出口给定出口速度ꎮ采用 瞬态冻结转子法 处理泵内转动部件和固定部件之间交界面(诱导轮和进水管交界面㊁叶轮和导叶交界面)的动静耦合流动的参数传递ꎮ鉴于该双吸泵加工精度较高ꎬ假设壁面为水力光滑壁面ꎬ给定无滑移边界条件ꎻ为足够分辨内部流场的非定常信息ꎬ将时间步长选为转动周期的１/１２０ꎮ采用稳态ｒａｎｓ计算结果作为非定常计算的初始流场ꎬ采样时间为４０倍叶轮旋转周期ꎮ二㊁泵的压力脉动特性为了度量泵内的压力脉动ꎬ特别引人压力脉动系数Ｃｐ:Ｃｐ＝ａｐ/(０.５ｐｕ２２)式中ꎬａｐ为压力及其平均值之差ꎻｐ为密度ꎮ(一)叶轮区的压力脉动分析计算得到监测点Ｌｉ－Ｌ１０的压力脉动时域特性ꎬ通过快速傅里叶变换(ＦＦＴ)后得到监测点Ｌ１－Ｌ１０的频域特性ꎬ其中太为叶轮转动频率ꎮ可以看出ꎬ所有监测点压力脉动的频率为３ｆｒ(导叶叶片数ˑ叶片通过频率)及其倍频ꎬ其中２１户为叶片通过频率ꎮ主频为３ｆｒꎬ是因为叶轮和叶通过频率倍频成分逐渐增加ꎮ这主要是因为叶轮为７长１４短直叶片的复合叶轮ꎬ再加上扩压器隔舌对叶轮流道的堵塞作用ꎬ短叶片虽然可以减轻出口扩散程度ꎬ靠近叶轮出口处各流道的流动仍然会越来越复杂ꎬ振动频率也就越多ꎮ(二)扩压器区压力脉动分析导叶扩压器区监测点布置为Ｃ０在隔舌位置ꎬＣ１~Ｃ７在螺旋线部分ꎬＣ８~Ｃ１２在扩散段部分ꎮ计算得到监测点Ｃ０~Ｃ１２的压力脉动时域特性ꎬ可见其周期性明显ꎬ其余各点与该点相似ꎮ随着水流向下游流动ꎬＣ１~Ｃ１２监测点的压力脉动逐渐减小ꎮ因为Ｃ０处于隔舌处ꎬ该处会存在一定的冲击和回流ꎬ流动不稳定ꎬ压力脉动值最大ꎮ各监测点的主要频率成分有３ｆｒ㊁７ｆｒ㊁１４ｆｒ和２１ｆｒꎬ主频均为３ｆｒꎮ由于诱导轮叶片数为３ꎬ叶轮长叶片数为７ꎬ短叶片数为１４ꎬ叶轮出口叶片总数为２１ꎬ可以认为上述频率成分是由诱导轮㊁叶轮和扩压器动静干涉引起的ꎮ各监测点主频均为３ｆｒꎬ跟诱导轮的叶片通过频率相吻合ꎬ诱导轮和导叶的动静稱合作用应该是产生该频率的主要原因ꎮ虽然诱导轮和导叶并不是直接相联ꎬ但确实对扩压器的压力脉动有很大的影响ꎮ这点从泵的振动试验上也有体现ꎬ更换不同叶片数的诱导轮ꎬ泵高速轴端壳体的３ｆｒ频率幅值显著降低ꎮ扩散段监测点Ｃ８~Ｃ１２压力脉动的各点的主要频率成分有７ｆｒ㊁１４ｆｒꎬ其中主频为７ｆｒꎬ与螺旋线部分的压力脉动频域特性不同ꎬ可见叶轮对该区域的影响占主导优势ꎮ随着水流向下游流动ꎬＣ８~Ｃ１２监测点的压力脉动逐渐减小ꎬＣ１２幅值已经很小ꎮ三㊁结论采用数值方法ꎬ获得了高速离心泵内的压力脉动特性ꎮ取得的具体结论如下:(１)叶轮域叶片人口到出口ꎬ压力脉动的峰值逐渐增加ꎻ相同径向位置处工作面的压力脉动明显高于非工作面ꎮ由于叶轮和扩压器的动静干涉作用ꎬ叶轮内压力脉动的频率为３ｆｒ(导叶叶片数ˑ叶片通过频率)及其倍频ꎬ主频为３ｆｒꎮ(２)扩压器域内隔舌位置处的压力脉动峰值最大ꎮ随着水流向下游流动ꎬ扩压器内的压力脉动逐渐减小ꎮ螺旋线部分压力脉动的主频为３ｆｒꎬ与诱导论叶片通过频率相吻合ꎮ扩散段部分压力脉动的主频为７ｆｒꎬ与叶轮长叶片的通过频率吻合ꎮ参考文献:[１]王凯ꎬ刘厚林ꎬ袁寿其ꎬ等.离心泵多工况水力性能优化设计方法[Ｊ].排灌机械工程学报ꎬ２０１２(１):２０－２４.作者简介:甘彬彬ꎬ华北制药股份有限公司倍达分厂ꎮ０８１。
带诱导轮离心泵的数值模拟
带诱导轮离心泵的数值模拟
刘德民; 许洪元
【期刊名称】《《流体传动与控制》》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】该文系统总结了离心泵空化产生的原因,改进的方法。
重点分析了诱导轮在改进离心泵空化特性的独特作用,对诱导轮和离心叶轮结构和性能配合进行了研究。
并对同一离心泵叶轮分别加装一级诱导轮、两级诱导轮和三级诱导轮进行了对比分析。
经过对比分析表明诱导轮在改进离心泵空化性能方面效果明显。
【总页数】4页(P43-46)
【作者】刘德民; 许洪元
【作者单位】水沙科学与水利水电工程国家重点实验室清华大学热能工程系北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TP137
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3.高速诱导轮离心泵内空化发展可视化实验与数值模拟 [J], 崔宝玲;陈杰;李晓俊;林哲;蔡海兵;韩安达
4.带诱导轮的离心泵空化条件下的效率下降规律 [J], 李晓俊;袁寿其;刘威;潘中永
5.孔板对带诱导轮高速离心泵进口段流动特性的影响研究 [J], 宋文武;魏立超;石建伟;杨秀鑫;许倩语
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