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离心泵在运行时,空化的发生会影响泵的性能,严重时会出现断流,使泵不能正常运行。其根本原因在于空化干扰了离心泵的正常流动,破坏了叶轮内的能量转换过程。因此,探索离心泵的空化流态,明确叶轮的能量转换过程对改善和防止离心泵的空化破坏具有重要的意义。
随着计算流体力学的发展,利用数值模拟预测和分析泵的空化性能和空化流态成为可能。本文主要采用数值模拟的方法研究离心泵的空化性能。
本文的主要研究内容有:
1.应用流场分析软件ANSYS-CFX分别对带诱导轮的离心泵、无诱导轮的离心泵及其他5种诱导轮的空化性能进行了数值预测。对模型的汽液两相流场分布规律进行了研究,得到了离心泵不同净正吸头时叶轮内部的压力和汽液两相的分布规律。并将模拟得到的带诱导轮离心泵的扬程、效率、临界净正吸头等参数与实验值相比较。实验结果表明数值计算最大相对误差小于10%,数值计算具有较高的精度。
2.对离心泵的扬程和效率下降过程进行分析,研究空化条件下离心泵的扬程、效率下降规律。并分析了叶片载荷、回流、涡量等随空化的变化情况。模拟结果表明:(1)空泡最先出现在叶片背面进口稍后处,空化主要在叶片背面发展,并随着进口压力的降低,沿着叶轮流道往工作面扩展;(2)空化程度不同,流道内的压力下降位置不同,空化同时会引起局部流道的压力增大;(3)叶轮内的空化区与回流是相互影响的。
3.对比加装和不加装诱导轮的两种离心泵,分析了诱导轮在改善空化性能方面的作用,同时指出了诱导轮在一些条件下的应用限制,特别是大流量区。
4.研究叶栅稠密度的变化对诱导轮的扬程和效率的影响,并缩小了叶栅稠密度的选择范围。研究还发现适当增大叶栅稠密度有助于改善诱导轮的空化性能。