论文部分内容阅读
本文利用三维建模软件Pro/E完成原型泵——OC150-30固液两相流离心泵过流部件的三维实体造型,导入至GAMBIT进行全流道的网格划分,再以高质量网格输出至FLUENT中进行数值计算和分析。FLUENT计算选用标准k ?ε湍流模型、SIMPLEC压力校正法、一阶迎风式等参数,在0.8Q、1.0Q和1.2Q三种典型工况下进行清水流场的数值计算。模拟结果显示:后进口的环形吸入室造成叶轮流道内流场紊乱,易产生轴向漩涡和回流,降低了泵的效率;随着流量的增大,叶轮流道内轴面漩涡逐渐减弱;蜗壳断面二次流呈螺旋状前行至扩散管出口。试验中该泵的测试情况也不理想:扬程曲线偏离最佳工况后下降太快,高效区宽度较窄;加长的悬臂轴导致泵振动大,噪音高。为此经分析研究,对原型泵按如下建议进行结构优化:(1)将原模型的后进口环形吸入室更改为前进口直锥形吸入室;(2)将原模型的四片扭曲叶片更改为三长三短的圆柱形叶片;(3)将原模型的梯形蜗壳断面更改为矩形断面;根据前三项的更改对其它结构做相应的修改。对原型泵结构更改优化后,在选用相同控制参数的前提下,再次进行建模、网格划分和清水流场的数值计算过程。对比优化前后的清水流场的数值模拟结果:优化后叶轮流道内的漩涡消失,整体上流场分布更加均匀,但射流-尾迹流现象加剧;在短叶片头部也出现有低压区;扭曲型叶片的抗汽蚀性能要优于圆柱形叶片的抗汽蚀性能。然后选用Mixture多相流模型进行固液两相流场模拟,结果显示:叶轮进口前端固相速度小于液相速度,进入叶轮流道加速后固相速度大于液相速度;固相在叶轮流道内有向叶片压力面集聚的趋势;叶轮轮毂侧固相浓度大于前盖板侧固相浓度,并在叶片尾缘与轮毂侧的交界处达到最大;蜗壳外壁的固相浓度要明显高于两侧壁,并在第Ⅰ断面和第Ⅷ断面出现峰值区域。优化后泵的扬程曲线随流量增大下降平缓,高效区明显拓宽,且振动噪声较小,证明本次结构改进达到了预期效果。数值计算过程还证明,当泵内流场非常紊乱时,计算的稳定性和收敛性都较差,且模拟结果与测试结果偏差较大。