基于大涡模拟的离心泵蜗壳内压力脉动特性分析
离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析
离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析杨敏官;孙鑫恺;高波;邵腾【摘要】运用完整空化模型和混合流体两相流模型,对比转数为130的离心泵流道内部的空化流动进行了定常及非定常的数值模拟.预测了叶轮流道内空化发生部位和发展程度,对蜗壳隔舌附近处流场的压力场进行了监测,得到了压力脉动的变化规律.结果表明:空化初生位于叶片背面进口边附近处,随着进口压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大,当空化严重时,叶片工作面上会有空泡聚集;在叶轮的1个旋转周期中,单个叶片表面上的空化发展程度随叶轮与蜗壳相对位置的改变而发生规律性的变化;压力脉动频率存在明显离散特性,叶片通过频率下的脉动幅值较大;随着空化程度的发展,空化流动诱导泵流道内压力脉动幅值不断增加,并且两者存在相互对应关系.%Based on full cavitation model and mixed two-phase flow model, the steady and unsteady cavitating flow-passages in centrifugal pump with specific speed of 130 were numerically simulated. The region and the degree of cavitation in the centrifugal pump flow-passage were predicted. The characteristics of pressure fluctuation was achieved by monitoring the pressure fields around the volute tongue. The simulation results indicate that the cavitation generates at the suction side of blades near leading edge. The region of vapor extends and the volume fraction of vapor increases with the decreasing of total inlet pressure. The vapor appears on the pressure side of blades when the cavitation is deteriorated. The cavitation degree on each blade changes periodically with the change of relative position between impeller and volute. The frequency of pressure fluctuation shows obvious discrete characteristic with high blade passingfrequency amplitude. With the development of cavitation degree, the pressure fluctuation amplitude induced by cavitating flow in flow-passage is increased with a corresponding relationship.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】6页(P408-413)【关键词】离心泵;空化;非定常空化流动;压力脉动;频域分析【作者】杨敏官;孙鑫恺;高波;邵腾【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江 212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江 212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TH311泵叶轮内发生空化时液体的能量交换受到干扰和破坏，引起泵运行特性的改变、振动和噪声等一系列问题［1－3］．通常情况下，泵内空化现象不能被完全消除，只能通过各种方法尽可能减小空化造成的不利影响，因此，研究离心泵内部的空化流动对离心泵安全、稳定、高效运行具有重要意义．空化流动的本质是汽液两相流动，汽泡和液体之间有着很复杂的动量和能量交换关系［4］．随着计算机技术的发展和CFD技术的逐渐应用，数值模拟在空化流动的研究中也有了很大的进步，利用模拟可以预测泵流道内部空化发生部位和程度以及对能量性能造成的影响，对离心泵内空化流动的研究起着重要的作用［5－6］．对于现有的空化流动计算，以定常计算为主，未考虑叶片与蜗壳间的动静干涉，影响了计算结果的准确性［7－9］．笔者将比转数为130的单级离心泵作为研究对象，采用完整空化模型与混合流体两相流模型相结合，对不同工况下离心泵内部空化流动进行定常及非定常数值模拟，预测叶轮流道内空化发生部位和发展程度，得到泵运行过程中叶片位置发生变化时，叶片表面空化流场的变化情况，并对蜗壳隔舌附近处流场的压力脉动进行监测，获得泵内部压力脉动变化情况与空化流动之间的关联．1 离心泵基本参数研究用离心泵流量为48 m3·h－1，扬程为7．8 m，额定转速为1 450 r·min－1，比转数为 130，泵的效率为85%．根据离心泵各个部件的几何参数，建立了包括泵的进口段、叶轮及蜗壳内流道的几何模型．其中叶轮的进口直径为100 mm，叶轮外径为172mm，叶片数为6，蜗壳隔舌安放角为30°，泵出口直径为100 mm．图1为离心泵流道的三维造型图．图1 离心泵流道的三维造型图2 空化湍流基本原理及控制方程在运用 Fluent软件中，选用 A．K．Singhal等［10］研究的完整空化模型和混合流体两相流模型模拟离心泵内部的空化流动．该模型考虑了空化流动中的相变、空泡动力学、湍流压力脉动和流体中含有的不凝结性气体的影响．用混合流体两相流模型，假定在较小的空间尺度范围内，两相之间耦合强烈同时满足局部平衡条件，空泡相与液体相达到了动力平衡与扩散平衡，即可以认为流场内各处空泡相与液相的时均速度相等，具有相同的湍流扩散，可以把空泡相和液相同作为流体加以研究．这样就可以只需用同一组动量方程描述，从而在方程中的物理量为空泡相和液相的体积分数分布的平均量，在求解方程时得到的速度场由两相共用．利用完整的空化模型和混合流体两相流模型描述离心泵空化流动的连续性方程和动量方程如下: 混合流体相连续性方程为空泡相连续性方程为动量方程为式中:ρ为空泡相和液相形成的混合流体质量密度;v为混合流体的速度矢量;f为空泡相的质量分数;R e为水蒸气凝结率;p为静压力;μ为分子黏性系数;μt为湍流黏性系数．采用标准k－ε模型使空化湍流的控制方程组封闭．模型中的k和ε方程在形式上与单相流动相同，但是其中的变量均为混合流体的平均量．根据离心泵的实际运转情况，计算中的物理参数取水温为20℃时的值，其中水的饱和蒸汽压力pv=2．367 kPa，水－空泡表面张力σ =0．071 7 N·m－1．假定水中不凝结性气体的质量分数为1．5×10－5，计算中流场的压力均为绝对压力．3 数值计算方法和边界条件用SIMPLE算法实现速度和压力之间的耦合．利用图1所示离心泵流道三维模型作为数值计算的求解区域．利用Gambit软件划分网格，并用3种网格数对数值求解区域的网格无关性进行检验，在综合考虑计算精度和计算结果准确性的基础上，采用非结构化四面体单元对求解区域进行网格划分，流道的划分网格数为732 520，其中叶轮部分网格数为322 541．在计算求解区域的进口断面采用绝对速度进口，进口无预旋，在计算求解区域的出口断面给定出口绝对静压，流场中空泡相体积分数的初值均为0;固体壁面采用无滑移条件，湍流壁面采用壁面函数法处理．为了提高计算的收敛速度和稳定性，先进行单相定常流动计算，适当减小各求解变量的松弛因子，加载混合两相流模型及完全空化模型，对3种流量下多个工况点进行定常及非定常空化流动的计算．4 空化流动计算结果分析对3种流量下离心泵流道内空化流场进行数值计算，汽蚀性能曲线如图2所示，Q 为设计流量．图2 3种流量下离心泵汽蚀性能曲线4．1 设计流量下叶轮流道内空化流场分析选取设计流量下的进口压力逐渐降低的6个工况点，对叶轮流道内空化流场进行分析．图3为6个工况下叶轮流道内空泡体积分数φ分布情况．如图3a所示，空泡最初出现的部位为叶片背面进口边位置附近的低压区，是由于液流内气体析出和液相汽化所致，此时空泡体积分数较小．由图3a，c可以看出，随着进口压力的降低，叶片背面空泡分布区域明显扩大，叶片进口附近及叶片喉部靠前盖板附近处空泡体积分数明显增加．图3 不同工况下叶轮流道内空泡体积分数分布从图3c－d可以看出，位于叶片喉部的高体积分数空泡区域沿径向方向向外移动，到工况6时，如图3f所示，空泡体积分数在流道中部靠近叶轮前盖板处达到最大，此时空泡已经堵塞部分流道，空化现象严重，通过计算发现此时泵扬程及效率下降10%以上．不同部位处产生的空泡，随着液流向叶轮出口迁移，随着压力逐渐升高，空泡会在压力较高区域发生破裂，从图3可以看出，空泡体积分数在流道内某位置处时较大，在向径向方向延伸时突然减小，形成较大的梯度，这与该区域压力分布相对应，并且进口压力越低，空泡在流道内扩散的半径也越大．当空化现象严重时，叶片工作面上也会有空泡聚集．4．2 1．0Q下临界NPSH非定常计算结果分析选取离心泵在设计流量下临界NPSH值(泵扬程下降3%时对应NPSH)时的工况点进行非定常计算．泵在一个旋转周期T内的6个不同时刻叶片背面上的空泡体积分数分布，如图4所示．图4 不同时刻叶片背面空泡体积分数分布从图4可以看出，叶片旋转至不同位置时，背面空泡分布区域及体积分数值随时间的变化，这是由于离心泵内流道的非对称性所致．通过对离心泵3个旋转周期中叶片背面空化流场变化情况的监测，发现当叶片运动至图4a中叶片2所在位置附近时，也就是当叶片进口边接近于蜗壳第Ⅳ断面时，叶片背面空化区域以及空泡体积分数值均达到最小．叶片从此位置开始运动，在一个旋转周期中，叶片背面空化的发展程度经历了由弱变强，再由强变弱的过程．在上述变化过程中，虽然不同时刻叶片背面空泡分布情况有差异，但空化发展最严重的地方均位于叶片背面进口边附近．这是由于该区域内圆周速度及相对速度较大，从而进口压力损失及绕流引起的压降相应变大所致．在1个旋转周期中，空泡体积分数最大达到0．52，此时在叶片工作面进口边附近也出现明显的空泡区域，集中在叶片进口边靠前盖板附近的很小区域内，空泡的最大体积分数超过0．20，该时刻叶片表面沿径向方向空泡体积分数分布如图5所示．图5 叶片表面沿径向空泡体积分数分布从图5可以看出，空泡体积分数在叶片进口附近经历了急剧增大，再急剧减小的过程，最大值所在位置与叶片进口处空泡高体积分数空泡中心位置相对应．远离进口的区域，空泡体积分数的下降相对比较平缓．图5中叶片进口附近得到的均是离散的空泡体积分数，代表进口处空泡相体积分数分布很不均匀．在叶片出口附近处，空泡体积分数已降至0．05以下，此时液相已接近连续分布．由于叶片工作面压力明显大于背面，在叶片不同位置处，背面上的空泡体积分数始终大于工作面上的．单个叶片在6个连续的泵旋转周期内经过泵压水室流道内某一固定位置时其背面空化状况如图6所示．总体上可以看出，不同周期内叶片背面空泡分布区域形态相似，但图中红色区域即高体积分数空泡分布区域的面积有明显的差异．空化流动时，空泡会堵塞部分流道，导致相邻叶片流道中流速增加，进口处冲角减小，伴随着空化程度的增强，会加剧这种变化，空化程度减弱则相反;空泡在流道中沿叶片表面法线方向移动时，也会对相邻叶片流道内流速及进口处冲角产生影响．流速及冲角的变化引起该流道内空泡发展情况及运动趋势的变化，最终导致空泡体积分数分布的变化．此外，空泡的随机生成及溃灭也会对流场内空泡运动情况及空泡体积分数造成影响．因此，由于各叶片流道内空化流动间存在的复杂关联及空泡相本身具有的非定常随机变化的特性，致使单个叶片在不同旋转周期内经过压水室流道内同一位置时，叶片表面空泡体积分数分布存在差异．图6 不同周期内单个叶片经流道内同一位置处其背面空泡体积分数分布4．3 泵内部空化流场压力脉动特征分析为了说明泵内部压力场的脉动规律，对离心泵在设计流量下运行时流道内部压力脉动情况进行监测，监测点分布及各点处压力脉动情况，如图7所示，p0为静压，N为监测时间步数．由于叶片转动相位的差异，泵内静压分布呈周期性变化，这种变化规律在隔舌附近更为明显，由于叶轮与隔舌的动静干涉作用导致隔舌附近压力场波动较剧烈，这也是该区域成为泵内一个重要振动噪声源的主要原因．从图7可以看出，P1处也就是隔舌附近处的压力脉动幅值最大，计算中还对其他位置的多个点处压力脉动进行监测，通过对比发现，其压力脉动幅值均小于P1处的值．因此选取设计流量下多个工况点，对1个旋转周期内隔舌附近(监测点P1)压力脉动情况进行监测．将时域内的压力脉动通过FFT变换为频域内的压力信号，如图8所示，f为频率，p1为P1处压力脉动幅值．图7 监测点分布及各点处压力脉动情况图8 不同工况时的压力脉动频域图叶轮转速为1 450 r·min－1，故轴频为 24．17 Hz，叶片通过频率(简称叶频)为145 Hz，在流体压力脉动中，叶轮叶片对流体的影响频率应为叶频及其谐波，从图8可以看出，在不同工况下均是叶频下的脉动幅值较大，其次为叶频的二次谐波．在进口压力不断下降的过程中，叶频及其谐波下的压力脉动幅值均有不同程度的增加．监测点P1处压力脉动情况随NPSH变化情况如图9所示．p RMS为P1处压力脉动均方根．图9 压力脉动随NPSH变化情况从图9可以看出，压力脉动均方根值的变化趋势与145 Hz下压力脉动幅值变化趋势基本一致，也验证了叶片通过频率为压力脉动中的主要影响频率．NPSH下降初期，扬程H及压力脉动的变化情况均比较平缓，当NPSH下降到2．30 m时扬程H下降了3%．临界汽蚀点后NPSH由2．30 m变化到1．25 m过程中，p RMS以及各频率下压力脉动幅值上升速率明显加快．NPSH继续减小，由1．25 m变化到1．23 m的过程中，扬程H急剧下降，p RMS及压力脉动幅值急剧上升．泵内空化空蚀发展程度越严重，空化流动诱导隔舌附近处的压力脉动强度越大，在NPSH值减小的整个过程中，p RMS及各频率下压力脉动幅值的增加和扬程的减小趋势相对应．因此可以利用对泵流道内隔舌附近处压力脉动情况的监测，来判断泵内空化空蚀发展的程度．5 结论1)空化的初生位于叶片背面进口边附近处，随着进口压力的降低，空泡分布区域以及空泡体积分数不断扩大．当空化现象严重时，叶片工作面上也会有空泡聚集，主要发生在进口边靠前盖板附近．空化空蚀的发展最终会导致离心泵能量性能的下降．2)离心泵1个旋转周期中，单个叶片上空化程度会经历由弱变强，再由强变弱的过程，并且当叶片进口边接近蜗壳第Ⅳ断面时，叶片背面空化区域以及空泡体积分数均达到最小．单个叶片在不同旋转周期内经过压水室流道中同一位置时，叶片表面空泡体积分数分布存在一定差异．3)泵内空化发展程度越严重，空化流动诱导的压力脉动强度越大．在NPSH值减小的过程中，压力脉动均方根值p RMS及各频率下压力脉动幅值的增加与扬程的减小的趋势相对应．因此，可以利用对泵流道内隔舌附近处压力脉动情况的监测，来判断泵内空化空蚀发展的程度．参考文献(References)【相关文献】［1］Cˇudina M，Prezelj J．Detection of cavitation in situ operation of kineticpumps:Effect of cavitation on the characteristic discrete frequency component ［J］．Applied Acoustics，2009，70:1175 －1182．［2］Cˇudina M，Prezelj J．Detection of cavitation in operation of kinetic pumps:Use of discrete frequency tone in audible spectra［J］．Applied Acoustics，2009，70:540 － 546．［3］Tan C Z，Leong M S．An experimental study of cavitation detection in a centrifugal pump using envelope analysis［J］．Journal of System Design and Dynamics，2008，2(1):274－285．［4］王勇，刘厚林，袁寿其，等．离心泵内部空化特性的CFD 模拟［J］．排灌机械工程学报，2011，29(2):99 －103．Wang Yong，Liu 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离心泵流动诱发振动特性数值计算分析
设计。 由于泵组 结 构 复 杂 ， 得 内部 流场 以及 流 动诱 发 使
基金项 目：科 工局基 础研究项 目（ １９ ） Ｋ １９
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
振动 的计算 不 能 使 用 解 析方 法 进 行 简 化 模 型 的计 算 。 目前 ， 内外 一般 使用混 合数 值计 算方 法 （ｙｒ ｔ— 国 ｈｂ ｄｍｅ ｉ ｈ
算 了流 噪声 。Ｓ ｅｃＬ－］ 用 Ｒ Ｎ ｐｎｅ６７采 Ａ Ｓ方 法 计 算 泵 内流
场， 并进 行 了泵 几何 和工 况 参 数 对 脉 动 压 力 影 响 的研
究， 总结 规律 以指 导 优 化 设 计 。黄 国富 等 从 降低 泵
内水力 脉动 角 度 出发 ， 展 了船 用 离心 泵 低 噪声 改 型 开 研 制工作 。 对泵 进行 低振 动噪声 设 计 的前 提 就是 要 通 过 理论
诱 发振动 的计算 方 法进行 研究 。 离心 泵 的振 动 噪 声 源 自于 泵 壳 内部 ， 质 上 都 与 本 泵 内流 体 的水 力脉 动直 接相关 ¨Ｉｊ ２。一 般采 用 Ｃ Ｄ方 Ｆ 法 计算 泵 内流 场 ， 以泵 内 压力 脉 动 大 小 作 为 评 价 泵 并 振 动 噪 声 优 劣 的 标 准 。Ｊｏ ｅｎ等 使 用 离 散 涡 方 法 （ Ｖ 计 算 了离 心 叶轮 与 楔 形边 界 作 用 下 的流 场 ， Ｄ Ｍ） 分 析 了动静 干涉 区域 的流动 特性 。Ｌ ｎｔｊ 等 ａｇ ｅ ｈｍ 计 算 了二 维 离心 泵 内流场 分 布 ， 析 了泵 内脉 动 压 力 并 计 分
内辐 射 噪声计 算和 机组 的振 动 响应 计 算 。叶建 平 应
离心泵内流场的三维数值模拟及流动分析
产生交割，且全位错也易开始起动，使合金发生塑性变 弹性协作进行，减小了形状回复的阻力；同时相间习性能
形，并且 ε马氏体交叉现象随预应变增大而愈加严重，限 提供逆转变驱动力，有利于 Ｓｈｏｃｋｌｅｙ 不全位错的逆运动，
制了 ε马氏体层错在回复退火时产生收缩，相当于减少 提高了合金的形状记忆效应。
了能够发生层错收缩的 ε马氏体相对数量。不同位向的 ５ 结 论
（ １）在叶轮旋转过程中，各流道的流动随它在叶轮中 相对位置的不同而不同。压力和速度分布具有明显的轴 不对称性。
收稿日期：２００６－ １１－ ０９
机械工程师 ２００７ 年第 １ 期 ４９
Ｒ 研究探讨 ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＤＩＳ ＣＵＳ Ｓ ＩＯＮ
的报道。而离心泵内过流部件的几何形状伴有强烈的弯 曲和扭曲，其内部流动是复杂的三维流动。只对过流各部 件单独分析，没有考虑过流部件间的匹配关系，ＣＦＤ 分析 结果必然与实际流动存在较大差别，也无法了解离心泵 内部流动的三维特性。随着计算流体力学和相应计算软 件的发展，水泵的全三维数值模拟已经成为可能，但一般 仅局限于在叶轮流道内计算，同时将叶轮、进水室和蜗壳 作为模拟对象的还不多见。本文借助 ＦＬＵＥＮ（Ｔ ＣＦＤ）软 件平台，采用 Ｎ－ Ｓ 方程配合标准 ｋ－ ! 湍流模型对水泵内 流场进行了三维数值模拟。通过对内流场的模拟，得出了 一些有价值的水泵性能信息。 ２ 建模与计算方法
数的增加，晶体缺陷密度随之增加，这些晶体缺陷可以作 但训练次数达到一定值时，回复率呈现下降趋势。
为 ε马氏体核胚，使合金在预变形时以应力诱发马氏体 相变为变形的主要机制。
另外，随着训练次数的增加，拉压应力使马氏体的厚 度逐渐减小，促进了周围基体的弹性协调，对马氏体相的 可逆性有益，因而提高了合金的形状记忆效应。
多级离心泵整机流场三维非稳态湍流压力脉动特性分析
限元 网格 ． 采用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 仿 真技 术 ， 选用 Ｒ Ｎ Ｇ 一 湍流模型对离心泵流场进行非稳 态数值计算 ， 通过设置监测点 ， 得到 了不
同位 置处在每个 时间步长下 的压力值 ． 运用 Ｆ 方法 ， 对叶轮及 蜗壳 等主要流道监 测点 的压力 脉动进行频谱分析 ， 结果
ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｐ ｕ ｍ ｐ ａ ｓ ａ ｎ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ＂ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗ ａ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｒ Ｎ Ｇ ｋ － ８ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｌ ｆ ｕ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｎ
ａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｐ ｕ ｍｐ，ａ ｔ ｈｒ ｅ ｅ－ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｌｏ ｆ ｗ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｗａ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｐｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ａ ｍｕ ｌ ｔ ｉ —
率志君 ， 张权 ， 陈春 来 ， 陈奇 ， 李玩幽 ， 刘志刚
（ １ ． 哈 尔滨工程大学 动力与能源工程学院 ， 黑龙 江 哈尔 滨１ ５ ０ ０ ０ １ ； ２ ． 海 装沈阳 局， 辽辛 沈阳 １ １ ０ ０ ３ １ ）
基于FLUENT的离心泵内流特性数值模拟研究
基于FLUENT的离心泵内流特性数值模拟研究
赵瑜;高玉莹;江琦;叶合欣;张建伟
【期刊名称】《广东水利水电》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】离心泵作为高速旋转机械,其内部复杂的流动形态越来越受关注。
该文依据某工程数据,基于FLUENT软件建立离心泵三维流体域数值仿真模型,分别对离心泵在0.2Q d(Q d为该离心泵设计流量)、0.4Q d、0.6Q d、0.8Q d、1.0Q d、1.2Q d 6个不同流量工况下的内部流动特性进行模拟计算,并将计算所得流量-扬程和流量-效率曲线与真机试验结果进行对比,计算结果与试验结果最大误差为4.71%,从而证实了数值仿真结果的可靠性。
通过对压力和速度分布分析可知:离心泵内部静压和流速随流量增加而降低,叶片前缘存在负压区,易引发汽蚀、振动、噪声等不良结果。
相较小流量工况,设计工况下泵内速度分布更加均匀。
对泵内流态进行多角度分析,对离心泵的结构优化设计有一定的借鉴意义,可为类似工程提供参考。
【总页数】8页(P61-67)
【作者】赵瑜;高玉莹;江琦;叶合欣;张建伟
【作者单位】华北水利水电大学水利学院;广东省水利水电技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】TH311
【相关文献】
1.离心泵内流场空化特性的数值模拟研究
2.基于FLUENT的氯乙烯泄漏扩散特性数值模拟研究
3.基于Fluent的均流孔板阻力特性数值模拟研究
4.基于FLUENT数值模拟的离心泵内冰浆两相流流动特性分析
5.基于fluent数值模拟的离心泵汽蚀问题研究
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喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析
喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析张明宇;王永生;靳栓宝;魏应三;付建【摘要】针对喷水推进器装船后不均匀来流对压力脉动特性的影响,以某巡逻艇喷水推进混流泵为研究对象,基于RANS方程和SST湍流模型,通过流体动力学软件CFX稳态计算,进行了巡逻艇航速数值预报,所得计算值与试航值误差为1.8％,从而验证了计算流体动力数值计算的可信性.采用分离涡模拟方法,对敞水泵和装船泵进行了三维非定常数值模拟,计算分析了叶轮进出口、叶轮内部、导叶内部及喷口5个截面和叶轮叶顶间隙处的压力脉动,并对不均匀来流带来的差别进行了研究.结果表明:在敞水泵和船后泵的叶轮出口、导叶内部,水流距叶轮越远,压力脉动影响越小,压力脉动频率取决于叶轮转动频率,压力脉动幅值沿轮毂到轮缘逐渐增大,船后泵压力脉动幅值整体高于敞水泵;对于均匀来流,敞水泵旋转域叶轮室的压力脉动频率主要受导叶的影响,船后泵则受轴频的影响,二者压力脉动幅值在叶顶间隙处均从叶顶沿导边到随边逐渐增大;对于敞水泵,流道出口压力脉动频率主要受叶频控制,对于船后泵,压力脉动频率为轴频.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)011【总页数】8页(P51-57,102)【关键词】喷水推进泵;计算流体动力学;压力脉动;分离涡模拟【作者】张明宇;王永生;靳栓宝;魏应三;付建【作者单位】海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉【正文语种】中文【中图分类】TH313随着舰船综合性能的提高,喷水推进在高性能舰船、快艇上的应用越来越广泛。
作为喷水推进器核心部件的喷水推进泵(简称喷泵)的设计便显得尤为重要,压力脉动特性研究可在保证喷泵水力效率的情况下有效缩减过激的泵体振动及其引起的局部空化,更是降噪研究的基础和前提。
离心泵内部动静干涉作用的数值模拟
引言
离心泵是一种量大面广的通用机械 。清楚认识 离心泵内部三维非定常复杂流动规律可提高离心泵 的效率和稳定性 。角动量守恒是当前单级离心泵蜗 壳的主要设计思想 ,由此得到的螺旋线型蜗壳几何 不对称及叶轮旋转引起的叶轮与蜗壳的动静干涉作 用使离心泵内流动沿周向分布差异很大 ,蜗舌附近 速度 、压 力 脉 动 现 象 明 显[1 ] 。Dong[2 ] 实 验 研 究 表 明 ,对于同样的叶轮 ,蜗舌位置的改变将引起蜗壳内
图 1 离心叶轮蜗壳几何结构 Fig. 1 Geometrical configuration of centrifugal
impeller and volute
表 1 离心泵的主要参数 Tab. 1 Main parameters of the centrif ugal pump
参数
Abstract
Pressure boundary condition was used to investigate t he unsteady 32D flow characteristics in a single2stage single2suction cent rif ugal pump wit h vaneless volute. For t he calculation , t he total pressure and t he static pressure were specified for inlet and outlet respectively , and t he sliding mesh technique was used. The result s show t he capability of t his numerical met hod in capt uring t he unsteady flow characteristics due to t he impeller2volute interaction. The flow is characterized by periodic pulsation , blade passing f requency in volute and impeller rotating f requency in impeller. To a large extent , t he asymmet ric shape of t he volute affect s t he propagation of impeller2volute interaction and result s in t he circumferential non2uniformity flow dist ribution in t he pump .
带分流叶片的高速离心泵压力脉动特性研究
带分流叶片的高速离心泵压力脉动特性研究
袁野;张金凤
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2012()10
【摘要】为了研究带分流叶片高速泵的叶轮-隔舌干涉作用所引起的压力脉动特性,及其蜗壳内压力场的变化,本文基于标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法和滑移网格技术,对一带分流叶片的高速离心泵进行了全流场非定常数值计算。
通过在隔舌及蜗壳内布置监测点,分析了长叶片及分流叶片对叶轮-隔舌干涉作用的影响,揭示了长叶片与隔舌的干涉是引起压力脉动的主要因素。
同时论证了蜗壳内压力变化的不稳定性只与长叶片数有关,随着长叶片数的减少,脉动次数逐渐减少。
添置分流叶片引起的压力脉动的主频是2倍叶片通过频率,其与隔舌干涉作用产生的压力变化远小于长叶片与隔舌作用引起的脉动幅值。
【总页数】6页(P160-164)
【关键词】高速离心泵;分流叶片;压力脉动;数值模拟
【作者】袁野;张金凤
【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TH311
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5.基于偏置分流叶片低比转速离心泵压力脉动特征研究 [J], 邱昊;李志鹏;肖响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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关键 词 ：离心 泵 ； 力脉 动 ；蜗 壳 ；大涡模拟 ；时域 与频 域分析 压 中图分 类号 ： ２ ７ ９ Ｔ ３ １ ￥７ ． ； Ｈ １ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ４～ ５ ０ ２ １ ）４— ３ ０— ５ １７ ８ ３ 【０ ０ ｏ ０ １ ０
壳 的动静 相 干作用 ， 壳 内的压力脉 动 比较 明显 ； 设 计 ｉ 况 下 ， 蜗 在 ｆ － 叶轮 与蜗 壳 交界 面周 向上 的 隔 舌处脉 动最 大 ； 壳 内各监 测 点压力脉 动的 主频都是 长叶 片的通过频 率 ， 蜗 次主频 为叶 片的通过频
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