《潛水式貫流泵水力性能數(shù)值分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第40卷第2期化工機械223潛水式貫流泵水力性能數(shù)值分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計+黃訪平”1林鵬2楊愛玲3王振偉2燕浩2(1．鎮(zhèn)江市水業(yè)總公司；2．江蘇大學流體機械工程技術(shù)研究中心；3．江蘇國泉泵業(yè)制造有限公司)摘要針對同一葉輪、不同導(dǎo)葉形式的潛水式貫流泵進行了數(shù)值計算，分析各導(dǎo)葉形式對貫流泵水力性能的影響，對不同導(dǎo)葉形式的貫流泵流場流動進行了分析，并提出3種貫流泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案，得出在導(dǎo)葉出口處接一小段擴散管能夠達到收集能量的目的，貫流泵裝置的性能有明顯的提高。關(guān)鍵詞貫流泵水力性能數(shù)值計算優(yōu)化設(shè)計中圍分類號TQ051．2l文獻標識碼A文

2、章編號0254-6094(2013)02-0223-04潛水式貫流泵是流體沿水平經(jīng)過進水管道、潛水式貫流泵體、電機、中間裝置與出水管道應(yīng)用于低揚程場合的一種經(jīng)濟型泵。近年來，隨著國家對水利投入力度加大，一批城市防洪工程、大江大河的排澇工程、大型引調(diào)水工程，都要興建大批低揚程、大流量的泵站。因此，潛水式貫流泵的開發(fā)研究具有廣闊的前景。近年來，國內(nèi)外許多學者對貫流泵結(jié)構(gòu)及裝置方面做了大量的工作¨q1，但對導(dǎo)葉特性研究較少，只有少量文獻涉及葉輪導(dǎo)葉的布置形式¨。。而國內(nèi)針對同一葉輪的不同導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)及布置形式的研究較少，因此，采用數(shù)值仿真模擬

3、對不同導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)形式引起的潛水式貫流泵內(nèi)部流場進行深入的研究，觀察導(dǎo)葉的不同布置方案對流場的影響，并進一步預(yù)測對貫流泵性能的影響。這對潛水式貫流泵的優(yōu)化設(shè)計及安全高效運行研究具有重要的意義。1貫流泵設(shè)計模型1．1葉輪模型葉輪模型設(shè)計參數(shù)為：流量800ra3／h，揚程5m，比轉(zhuǎn)速n。=800。依據(jù)設(shè)計參數(shù)設(shè)計出來的葉輪三維模型如圖1所示，葉輪為三葉片，其轉(zhuǎn)速為1450f／rain。圖l葉輪模型1．2葉輪、導(dǎo)葉布置形式數(shù)值計算模型采用同一設(shè)計葉輪，葉輪出水流道處采用3種不同的導(dǎo)流形式：無導(dǎo)葉、直導(dǎo)葉和彎導(dǎo)葉。葉輪與導(dǎo)葉的三維模型如圖2所示

4、。尢導(dǎo)h“導(dǎo)11ft：0呼”圖2葉輪導(dǎo)葉布置形式+國家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目(08C26213200647)。¨黃訪平，男，1971年lO月生，工程師。江蘇省鎮(zhèn)江市，212000。224化工機械2013年1．3貫流泵裝置計算模型計算區(qū)域包括了進、出水流道、葉輪、導(dǎo)葉等復(fù)雜過流部件，計算區(qū)域大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間曲面多，既有旋轉(zhuǎn)流場，也有非旋轉(zhuǎn)流場。所以把整個計算體分為動坐標區(qū)和靜坐標區(qū)，動坐標區(qū)和靜坐標區(qū)之間的相互干涉采用滑動耦合(Sliding)方法處理。貫流泵裝置計算模型采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)約為170萬。2數(shù)值模擬計算方法

5、為研究貫流泵的水力性能，探討導(dǎo)葉形狀及導(dǎo)葉布置形式對貫流泵裝置運行水力性能的影響，應(yīng)用Fluent軟件的三維不可壓湍流Navier．Stokes方程、Realizable兩方程湍流模型、壁面函數(shù)方法及葉輪與導(dǎo)葉間動靜區(qū)域耦合的滑移網(wǎng)格技術(shù)，進行貫流泵裝置的內(nèi)部流動和性能預(yù)測數(shù)值模擬研究H1。以泵裝置整體作為數(shù)值模擬計算體(包括進、出流道和泵段復(fù)雜的過流部件)進行數(shù)值模擬計算。泵裝置的進、出口為數(shù)值模擬計算的進、出流邊界。進13邊界條件取為速度進口，進口流動方向垂直于進13面，進口紊動能取為進口平均動能的0．5％，紊動能耗散率根據(jù)紊動

6、能和進口特征長度計算；出口邊界為自由出流，根據(jù)運行工況的流量給定進口速度大小，揚程由泵段性能及流道條件決定。3數(shù)值模擬計算結(jié)果及分析3．1導(dǎo)葉形式對貫流泵裝置水力性能的影響在相同葉輪、相同流道及不同導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)下，對貫流泵裝置模型的水力性能進行數(shù)值模擬計算，數(shù)值計算結(jié)果見表1。表1導(dǎo)葉形式對泵裝置水力性能的影響從表1可知，無導(dǎo)葉潛水式貫流泵有效揚程為5．01m，大于設(shè)計揚程，效率為64．47％；直導(dǎo)葉潛水式貫流泵揚程為4．81in，略小于設(shè)計揚程，效率為66．28％；彎導(dǎo)葉潛水式貫流泵揚程為5．12m，與設(shè)計揚程接近，效率為68．81％

7、。由以上數(shù)據(jù)可以得到，不同類型的導(dǎo)葉對效率、揚程均有影響。相比3種導(dǎo)葉形式，可知彎導(dǎo)葉貫流泵具有較好且穩(wěn)定的水力性能。3．2導(dǎo)葉形式對貫流泵裝置內(nèi)部流場的影響為進一步分析導(dǎo)葉形式對潛水式貫流泵水力性能的影響，觀察不同導(dǎo)葉形式貫流泵裝置流場的流動情況，流場速度流線圖如圖3所示。從圖3中可以看到，進口速度流線沿水平進入葉輪內(nèi)部，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)改變了流體的方向。在圖3a中可以看出，流體沿旋轉(zhuǎn)的方向繞過電機體，在電機尾部有明顯的漩渦，出口流道中速度流線分布不均勻，說明流道中能量損失較大。圖3b中流體經(jīng)過葉輪后進入直導(dǎo)葉內(nèi)，改變了水體流動的方

8、向，而在導(dǎo)葉進口位置速度流線改變幅度較大，產(chǎn)生小部分回流現(xiàn)象，速度流線基本沿水平方向流經(jīng)電機體，電機尾部有輕微的漩渦，出口流道中速度流線分布基本均勻，但仍有少量波動，這說明此種結(jié)構(gòu)相比無導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)減小了一部分的能量損失，但仍然有不少的能