弯管入流工况下双吸离心泵内部流动数值分析及优化

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双吸离心泵因其具有流量大、扬程高、汽蚀余量小、轴向力可以平衡等优点,广泛应用于农田灌溉和工厂、矿山、城市给排水等领域,其叶轮通常是以均匀入流为基础进行设计的,然而在工程实际中,往往由于空间受限等因素,离心泵进口经常使用弯管,从而导致水泵叶轮的非均匀入流,进而降低水泵的扬程和效率,威胁水泵的运行稳定性。因此,研究弯管进口对双吸离心泵内部流动和压力脉动的影响、分析其影响机理并探索弯管入流的改善方法具有重大理论与工程实践意义。本文以带有半螺旋型吸入室的双吸离心泵作为研究对象,针对不同入流管路,采用UG软件建立了带有直管以及不同弯管进口的双吸离心泵模型,选用CFX软件对离心泵的内部流动及压力脉动展开了数值研究工作。首先,对直管入流时、不同流量工况条件下各过流部件的内部流动进行分析。发现各过流部件的内部流场均呈现对称分布,吸入室的能量损失受流量变化的影响最小,表现为隔舌附近的流线紊乱;蜗壳的能量损失受流量变化的影响最大,表现为径向截面的二次流现象加剧。其次,对不同角度弯管入流条件下双吸离心泵的外特性、内部流动及压力脉动进行分析。结果表明,距吸入室入口同一中心线长度截面处速度变化规律的不同,引发大角度弯管径向截面二次流及弯管后回流,降低水泵的扬程和效率;弯管内侧吸入室的压力脉动增大,外侧压力脉动减小,但各测点的特征频率不变;采用速度畸变度和平均偏流角评价水泵入流的均匀度,随着弯管角度的增大,速度畸变度减小、平均偏流角增大。此外,在上述研究的基础上,进行了改善弯管入流方法的探索研究,提出了通过安装导流栅来改善进口畸变的方法,结果表明导流栅能够改变弯管内的流场,减弱管道内的二次流,从而改善由弯管引起的入流畸变,其效果与导流栅位置与性状有关。针对模型泵选择了合理的导流栅,有效降低了吸入室进口的速度畸变,改善了双吸叶轮两侧的入流不均现象,在一定程度上提高了整个泵系统的安全稳定性。
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