后导叶叶片扫掠对轴流泵性能的影响

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后置导叶是轴流泵中重要的能量回收部件。通过后导叶回收叶轮出口速度环量,将动能转换为压能,不仅可以减小流道水力损失,提高泵及泵装置的水力效率,还有利于泵站的稳定运行,因此,对导叶的优化设计研究具有重要的学术意义和工程应用价值。  本文采用CFD数值模拟的方法研究后导叶叶片扫掠不同角度下对轴流泵性能的影响。以减少导叶进、出口及导叶背部的脱流,提高导叶体的环量回收能力为目的,总共进行了六个不同的扫掠方案的导叶设计。通过将导叶片各翼型断面三维坐标值整体顺时针或逆时针旋转一定的角度,得到不同扫掠角度下的导叶叶片,采用标准k-ε湍流模型对六种导叶扫掠方案对应的轴流泵段各进行8个流量工况下的定常和非定常的数值模拟计算和比较分析。同时为了进一步研究+16°导叶对轴流泵内部水压力脉动的影响,在叶轮进口、叶轮与导叶间、导叶间及导叶出口四个断面上布置20个监测点进行了压力脉动的监测。首先,对所有监测点在最优工况下进行了监测,然后又采用三个不同的流量工况下对各断面上中间的监测点进行压力脉动监测,得到各监测点压力脉动的时域特性,并经过FFT变换得到频域特性。  通过分析比较可知导叶叶片向前扫掠比向后扫掠的效率要高,并且在+16°导叶的轴流泵段效率达到最高,通过模型试验,验证了数值模拟的可靠性。对+16°导叶数值模拟内部流场分析可知,导叶前掠比0°导叶可以更好的减小导叶的脱流情况,尤其在靠近导叶出口轮毂处,能更好的回收速度环量。压力脉动非定常分析可知:不管0°导叶还是+16°导叶,所有监测点的压力脉动频率主要以叶频为主,从轮毂到轮缘的压力脉动幅值,叶轮前是逐渐增大,叶轮与导叶之间、导叶间是先减小后增大,导叶后是先增大后减小,总体上所有监测点在+16°导叶的压力脉动幅值比0°导叶要小,其中在导叶间和导叶出口处压力脉动幅值平均要小40%左右;大流量工况和最优流量工况下,0°导叶除了在导叶出口处监测点压力脉动频率主要以转频为主外,其他的压力脉动频率主要以叶频为主,而+16°导叶各监测点压力脉动频率主要以叶频为主;小流量工况下,在导叶间、导叶出口的监测点压力脉动频率以转频为主,而0°导叶受涡流二次波的影响比+16°导叶要大很多。因此,导叶叶片向前扫掠比导叶叶片向后扫掠性能要好,尤其在+16°时泵段性能达到最佳,+16°导叶在提高泵段性能的同时还能改善靠近导叶出口轮毂处水流流态,回收速度环量,减小泵段内的水压力脉动,尤其是在最优工况或者大流量工况达到最佳。
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