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基于兩相流的多級離心泵汽蝕性能分析
閱讀：1790 發(fā)布時(shí)間：2012-9-21
多級離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,有時(shí)會出現(xiàn)水力機(jī)械*的汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象改變了流道內(nèi)的速度分布,使離心泵的效率下降、揚(yáng)程降低,引起機(jī)器振動,同時(shí)也會使葉輪遭受破壞,嚴(yán)重影響工作性能,并妨礙其正常運(yùn)行。所以如何準(zhǔn)確地預(yù)測泵的汽蝕性能,防止汽蝕的發(fā)生是一個重要的研究方向。由于汽蝕現(xiàn)象本身的復(fù)雜性以及測量的困難性,要對汽蝕現(xiàn)象準(zhǔn)確的定量分析還很難。隨著計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)在水力機(jī)械內(nèi)部流場計(jì)算中應(yīng)用日益廣泛,CFD成為優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要工具。所以使用數(shù)值模擬研究多級離心泵內(nèi)部的汽蝕流動,預(yù)測泵的汽蝕性能,對汽蝕現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確地定量分析已經(jīng)成為可能。本文利用CFX軟件的RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,采用Rayleigh-Plesset汽蝕模型對多級離心泵的首級葉輪進(jìn)行了汽蝕模擬。分析了壓力場和速度場,得到了不同壓力、不同流量下的氣泡分布和速度矢量分布。還對9個流量工況下的葉輪進(jìn)行了完整的汽蝕模擬計(jì)算,從汽蝕未發(fā)生、汽蝕初生到汽蝕發(fā)展,找到了臨界汽蝕余量點(diǎn),得到了NPSH-Q曲線,并和實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行了比對。本文得到的結(jié)論如下：
1、為了驗(yàn)證模擬軟件和模型的準(zhǔn)確性,先對多級離心泵的兩級葉輪和導(dǎo)葉進(jìn)行無汽蝕模型的單相流動數(shù)值模擬,把模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比,模擬曲線和實(shí)驗(yàn)曲線的趨勢一致,誤差較小,證明了模擬的有效性和可行性。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)泵壓力zui低的地方在多級離心泵首級葉輪葉片進(jìn)口處,為下面的工作打下了基礎(chǔ)。
2、對多級離心泵的首級葉輪進(jìn)行了汽蝕模擬。得到了壓力分布圖和速度矢量分布圖,知道了汽蝕初生的位置在葉片背面進(jìn)口稍后處。調(diào)節(jié)出口壓力和流量,得到了汽蝕隨壓力和流量變化圖。利用模擬計(jì)算可以觀察到汽蝕初生,找到汽蝕初生點(diǎn),這對防止離心泵的汽蝕有重要的意義。
3、對9個流量工況下的葉輪進(jìn)行了汽蝕模擬,找到臨界汽蝕余量得到NPSH-Q曲線并與實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行對比,兩條曲線的趨勢基本一致,在大流量工況下誤差較大,在小流量工況,特別是額定工況下模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為接近。說明該模擬方法可以準(zhǔn)確預(yù)測離心泵的汽蝕性能,也說明數(shù)值模擬預(yù)測可以代替繁瑣而又復(fù)雜的泵汽蝕實(shí)驗(yàn)。
離心泵是流動介質(zhì)（氣體和液體，也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物）從葉片轉(zhuǎn)軸根部（進(jìn)口）進(jìn)入，介質(zhì)依靠高速轉(zhuǎn)動葉片獲得離心力，產(chǎn)生一個高壓，從泄壓口（出口）流出的介質(zhì)輸送設(shè)備。多級離心泵是將具有同樣功能的兩個以上的泵集合在一起，流體通道結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)在*級的介質(zhì)泄壓口與第二級的進(jìn)口相通，第二級的介質(zhì)泄壓口與第三級的進(jìn)口相通，如此串聯(lián)的機(jī)構(gòu)形成了多級離心泵。多級離心泵的意義在于提高設(shè)定壓力。
1、為了驗(yàn)證模擬軟件和模型的準(zhǔn)確性,先對多級離心泵的兩級葉輪和導(dǎo)葉進(jìn)行無汽蝕模型的單相流動數(shù)值模擬,把模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比,模擬曲線和實(shí)驗(yàn)曲線的趨勢一致,誤差較小,證明了模擬的有效性和可行性。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)泵壓力zui低的地方在多級離心泵首級葉輪葉片進(jìn)口處,為下面的工作打下了基礎(chǔ)。
2、對多級離心泵的首級葉輪進(jìn)行了汽蝕模擬。得到了壓力分布圖和速度矢量分布圖,知道了汽蝕初生的位置在葉片背面進(jìn)口稍后處。調(diào)節(jié)出口壓力和流量,得到了汽蝕隨壓力和流量變化圖。利用模擬計(jì)算可以觀察到汽蝕初生,找到汽蝕初生點(diǎn),這對防止離心泵的汽蝕有重要的意義。
3、對9個流量工況下的葉輪進(jìn)行了汽蝕模擬,找到臨界汽蝕余量得到NPSH-Q曲線并與實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行對比,兩條曲線的趨勢基本一致,在大流量工況下誤差較大,在小流量工況,特別是額定工況下模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為接近。說明該模擬方法可以準(zhǔn)確預(yù)測離心泵的汽蝕性能,也說明數(shù)值模擬預(yù)測可以代替繁瑣而又復(fù)雜的泵汽蝕實(shí)驗(yàn)。
離心泵是流動介質(zhì)（氣體和液體，也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物）從葉片轉(zhuǎn)軸根部（進(jìn)口）進(jìn)入，介質(zhì)依靠高速轉(zhuǎn)動葉片獲得離心力，產(chǎn)生一個高壓，從泄壓口（出口）流出的介質(zhì)輸送設(shè)備。多級離心泵是將具有同樣功能的兩個以上的泵集合在一起，流體通道結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)在*級的介質(zhì)泄壓口與第二級的進(jìn)口相通，第二級的介質(zhì)泄壓口與第三級的進(jìn)口相通，如此串聯(lián)的機(jī)構(gòu)形成了多級離心泵。多級離心泵的意義在于提高設(shè)定壓力。
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