叶片数对低比转速离心泵内部流场及压力脉动影响的数值模拟

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利用流体仿真软件fluent,通过对SHL200-160×2低比转速离心泵进行数值模拟,得出了以下结论:  1.对不同叶片数低比转速离心泵进行定常数值模拟,分析不同叶片数下离心泵叶轮和蜗壳上的压力分布,并对不同叶片数下的外特性曲线、叶轮的反击系数以及作用于叶轮上的径向力进行分析,得出以下结论:  (1)合适选择离心泵叶轮的叶片数提高了叶片进口处的负压值,改变了泵的汽蚀性能;双蜗壳结构的泵的压力分布更为均匀,其内部流动更加稳定;隔舌处的压力变化梯度变小,减小了流体之间的相互作用力。  (2)通过对5种叶片数下泵的效率η、扬程H、轴功率P以及反击系数?计算,在特定的环境要求下存在一种合适的叶片数来改善泵的外特性。在侧重效率时选择6、7叶片数,侧重效率兼扬程时选择7叶片数,在侧重扬程方面可以选择7、8叶片数。  (3)叶片数的增加或减少,都破坏了叶轮和蜗壳间流动的协调性,增大了叶轮上的径向力,但增加幅度不大,所以在提高泵的效率和扬程的同时,可以认为径向力对泵稳定性的影响可忽略。  2.在保证叶轮其他几何参数不变的情况下,改变叶片数,采用FLUENT软件,RNGk-?湍流模型和滑移网格技术,对低比转速离心泵进行三维非定常数值模拟,主要得出了以下结论:  (1)随着叶片数的增多,离心泵静压极大值增大;在3/3周期时,泵叶轮和蜗壳上的压力变化都比较均匀;在叶片的进口处,负压值相当,局部负压区面积都比较小,负压基本上都出现在同一位置。在3/3周期时,隔舌处出现静压极大值,且隔舌附近压力变化梯度较大,对泵的稳定运行造成了一定影响。  (2)三种叶片数下压力脉动随着叶轮旋转呈周期性变化,波峰与波谷的数目正好与叶轮叶片数相同。在小流量工况时,随着叶片数的增多,压力脉动幅值逐渐减小。4、5叶片数时,蜗壳-叶轮间隙处的压力脉动幅值变化最大,隔舌处次之,蜗壳扩散段处最小。小于设计叶片数时,三个位置的压力脉动幅值明显增大,大于设计叶片数时压力脉动幅值减小。  (3)从4、5、6叶片数下的压力脉动频域图可以看出,5种工况下,压力脉动频率均以叶片通过频率为主,脉动在叶轮轴频处的响应远弱于叶片通过频率f处。随着叶片数的增多,主频处压力脉动振幅依次减小。最大脉动幅值均在1倍叶频与2倍叶片处,高于2倍叶频时脉动幅值严重衰减,到最大频率处时脉动基本无响应。  3.以设计叶片数下离心泵定常数值模拟结果作为初始条件,对SHL200-160×2低比转速离心泵进行非定常计算,在蜗壳内进行监测点布置,通过分析设计工况下各监测点处的压力脉动时域图和频域图,以及各监测点最大脉动幅值,说明设计叶片数下离心泵双蜗壳内的流动特征。  (1)设计工况下各个监测点的压力脉动随着叶轮的旋转都呈现周期性的变化。压力脉动在隔舌的两侧脉动变化较大,且隔舌内侧要大于隔舌外侧,靠近出口的四个监测点的脉动幅值都较小。随着叶轮的旋转方向,离隔舌越远,蜗壳内的压力脉动变化越小,受到叶片与隔舌的动静干扰越弱。  (2)蜗壳内各个监测点处的压力脉动主频保持一致,都为叶片掠过隔舌的频率,基本上都在1倍的叶频处脉动幅值达到最大,2倍叶频时有所减弱,大于2倍叶频时,随着叶轮的旋转,脉动幅值严重衰减,到达最大频率时压力脉动基本上无响应。各个监测点的最大脉动幅值离隔舌越远,最大脉动幅值越小。
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