可调导叶对低扬程泵装置水力性能影响的数值计算研究

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低扬程泵站在我国跨流域调水、水环境改善、城市防洪等方面发挥着重要作用。泵装置效率取决于其各组成部分的效率及相互之间连接的顺畅度。导叶在泵装置中上承叶轮,下接出水流道。水泵叶轮出口设置导叶的初衷是将水流的旋转动能转化为压能,从而减小水力损失。当前导叶都是不可调节的,导叶进口安放角是按设计工况下叶轮的出口水流速度三角形确定的。导叶的出口安放角的设计目标应是使得导叶出口获得使出水流道水力性能最优的最优环量,最优环量与流量有关。当工况改变后,叶轮的出口水流速度三角形和出水流道所对应的最优环量都会发生改变,此时导叶的进出口安放角不可调节,水力损失将会增大,泵装置效率下降。本文提出调节导叶进出口安放角以提高泵装置效率的方法。  针对导叶进出口安放角对泵装置水力性能的影响的研究,本文的研究工作主要有以下内容:  1、对国内外的轴流泵后置导叶的研究成果进行了总结分析,明确了研究导叶进、出口安放角对泵装置水力性能影响的目的、意义和主要研究内容;同时总结分析了数值模拟的发展现状,明确了本文的研究方法及其可行性。  2、对轴流泵泵装置进行实体建模以及网格剖分,并对多个不同网格数的轴流泵泵装置模型模拟计算,进行网格的无关性分析,选择数值分析网格数量,以保证其对轴流泵泵装置性能计算结果无影响。在此基础上,运用CFD计算软件对不同方案进行计算,并对模拟结果加以分析与研究。  3、提出导叶叶片整体调节的方法,在不同工况点下进行模拟计算。当导叶固定不动时,流量为0.8Qd、0.9Qd、1.0Qd、1.1Qd及1.2Qd时所对应的泵装置效率分别为72.06%、75.33%、74.96%、65.59%及38.84%,导叶整体调节时,不同流量下所能达到的最优效率为74.02%、75.81%、74.96%、66.20%及43.24%,均有所提升;可见,导叶整体调节对提高泵装置效率有所帮助。  4、以0.8Qd与1.2Qd为例,分别分析小流量与大流量时导叶出口安放角对出水流道水力性能的影响,提出分部调节导叶的构想,并对其进行计算,得出结论:小流量时,不同调节方案对泵装置水力性能的影响较大。对于最优泵装置效率,整体调节时比固定导叶提高了1.96%,分部调节又比整体导叶提高了1.16%;大流量时,整体调节对泵装置水力性能的提升影响较大,泵装置效率比固定导叶时提升了4.4%,分部调节与整体调节相比影响较小,泵装置效率仅提高了0.18%。
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