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轴流泵属于大流量、低扬程泵,在我国南水北调东线工程的建设中应用广泛,泵的运行稳定性关系到沿线居民的防洪安全和供水安全等。在轴流泵内部,叶轮与导叶的相对运动和偏离设计工况时吸水室内水流的流动都会导致轴流泵内部产生水力振动,是影响轴流泵运行稳定性的主要因素。本文针对轴流泵运行时存在的上述问题,采用Reynolds时均控制方程和标准k-ε湍流模型,对轴流泵全流场进行三维非定常数值模拟分析,本文的主要研究内容和取得的结论如下:
1.在最优流量工况下,比较轴流泵模型内部叶轮进、出口,导叶中间和出口四个监测面内各监测点的压力脉动,叶轮进口轮缘处压力脉动幅值最大,在今后的设计中,要重视对叶轮进口处的优化。
2.对轴流泵模型在0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q四种流量工况下进行非定常数值模拟。结果发现,在较小流量工况(0.6Q)下运行时,叶轮进口处流动紊乱,旋涡较大；叶轮出口处,轴面速度梯度较大；靠近轮毂区域轴面速度下降明显,呈非线性分布；且轴流泵内各监测面压力脉动幅值也显著增大。实际运行中要防止轴流泵在较小流量下运行。
3.导叶叶片数为4时,靠近轮毂侧的轴面速度减小；导叶叶片数为6时,轮毂处的旋涡明显减小。泵内各处的压力脉动频率主要受叶轮转动频率所决定,导叶数对其影响非常小。在本文使用的轴流泵模型中,导叶叶片数与叶轮叶片数互为质数(叶片数为3,导叶叶片数为6)时,对轴向速度和压力脉动均无较大影响。
4.轴流泵叶轮与导叶间距较小时,轮毂侧轴向速度减小,由轮毂到轮缘轴向速度明显呈非线性分布,轮毂侧旋涡几乎消失；间距较大时,沿径向近似呈抛物线型分布。叶轮与导叶间距对叶轮出口处的压力脉动影响较大,减小间距可以有效减弱压力脉动幅值,距离过大会使叶轮出口和导叶出口处压力脉动幅值增加,动静干涉现象明显,设计时应选取合理的距离。