大流量射流泵装置的设计与性能试验

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我国水资源匮乏,河床水位逐年下降,很多地区水位距地面达8m以上。离心泵作为常用抽水装置,吸上高度一般只有5m左右。射流泵装置是一种高吸程抽水装置,吸程可达8m以上,可解决一般离心泵吸程低的难题。本文开发的大流量射流泵装置,可用于高水位地区的灌排取水。  本文采用理论分析、数值模拟和试验等研究手段,对大流量射流泵装置进行了设计研究和性能分析。主要工作有:  (1)提出了利用射流泵装置汽蚀沉没度检验装置汽蚀性能的方法,推导了临界气蚀沉没度的计算公式,并对吸入液体为水时的公式进行了简化,同时通过射流泵装置抽吸深度试验验证计算结果的准确性。结果表明:试验泵发生汽蚀时的沉没度试验值与计算值相对误差在4%以内。  (2)选用标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型三种不同的湍流模型对原型泵进行数值计算,比较原型泵的性能试验结果和数值计算结果,得到了使用不同湍流模型时射流泵性能数值模拟的准确性。结果表明:RNG k-ε模型能够比较准确地模拟射流泵的内部流场。  (3)采用数值模拟的方法,对射流泵垂直和水平安装时的水力性能进行分析。针对射流泵在射流泵装置中垂直安装的特殊性,根据数值模拟得到的射流泵效率最高值与喉管长度的关系,推导了垂直安装时的最佳相对喉管长度公式。结果表明:由于重力场的影响,射流泵垂直安装时射流核心区垂直向下移动;与传统最佳相对喉管长度随面积比变化曲线相比,斜率相同但截距较小。通过对三种不同吸入口方向的射流泵的性能进行数值模拟分析,比较各流量比下的效率,发现射流泵吸入口方向与喷嘴方向平行时的效率要优于其他吸入口方向时的效率。  (4)借鉴射流泵经验设计方法和相似定理设计方法,分别设计了大流量射流泵装置中射流泵的水力结构。通过数值模拟预测比较两种方案所得射流泵的水力性能,发现采用经验理论设计得到的射流泵水力性能更优。  (5)为了得到射流泵样机性能最佳时的尺寸组合,采用单因素试验方法,确定9组不同面积比与喉嘴距的组合方案进行射流泵水力性能试验。试验结果表明,喷嘴直径为13mm、喉嘴距为13mm时射流泵效率最优。采用最优尺寸方案作为射流泵最终尺寸,通过装置性能预测公式计算得到射流泵装置在8m及10m吸程时的工作性能。计算表明:吸上流量在10m3/h以上时,装置扬程均在40m以上,满足设计要求。装置效率最高达到20%以上,高于目前的小流量射流泵装置的效率。
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