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蝸殼式混流泵空化現(xiàn)象深度探究

[2024-10-18] [收藏本頁] [新聞來源 www.img369.com]

利用Rayleigh-Plesset空化模型與剪切應(yīng)力輸運湍流模型(SST),本研究采用了計算流體動力學(xué)(CFD)技術(shù),對轉(zhuǎn)速比為449的蝸殼式混流泵在設(shè)計工況下的流場進(jìn)行了深入的數(shù)值模擬。通過模擬,我們成功獲取了該泵的空化特性曲線,并詳細(xì)觀察了混流泵內(nèi)部空化的產(chǎn)生與演變過程。特別地,我們針對初始空化、臨界空化以及嚴(yán)重空化三種不同工況下的葉輪內(nèi)空化現(xiàn)象展開了詳盡的分析。

蝸殼式混流泵

研究結(jié)果顯示,該混流泵的空化性能完全滿足設(shè)計要求。在葉輪內(nèi),空化現(xiàn)象最初出現(xiàn)在葉輪流道中。隨著凈正吸頭的逐漸降低,葉片背面靠近輪緣的位置開始產(chǎn)生空泡,這些空泡隨后從輪緣向輪轂方向擴(kuò)展。在空化現(xiàn)象變得嚴(yán)重時,葉輪流道會發(fā)生顯著的堵塞,進(jìn)而導(dǎo)致混流泵的揚程下降。

當(dāng)前,隨著社會的快速發(fā)展,混流泵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。其結(jié)構(gòu)和性能介于離心泵與軸流泵之間,融合了兩者的優(yōu)點。然而,空化是導(dǎo)致混流泵水力性能衰退、使用壽命縮短以及振動噪聲加劇的關(guān)鍵因素之一。因此,對混流泵的空化特性進(jìn)行深入分析,對于改善其水力性能和抗汽蝕能力具有至關(guān)重要的意義。

盡管國內(nèi)關(guān)于混流泵內(nèi)空化流動的研究文獻(xiàn)尚不多見,但數(shù)值模擬和模型試驗已成為水力機(jī)械空化研究的兩大主要手段?紤]到模型試驗存在成本高、周期長等不利因素,其對泵的實際指導(dǎo)意義受到一定限制。幸運的是,隨著CFD技術(shù)的不斷進(jìn)步和計算機(jī)性能的大幅提升,利用數(shù)值模擬方法來預(yù)測水力機(jī)械的空化流動已逐漸成為研究的前沿?zé)狳c。國內(nèi)外眾多學(xué)者已通過數(shù)值模擬成功預(yù)測了水泵等水力機(jī)械的空化特性,展示了這一方法的良好可行性。

本研究便是在這樣的背景下,結(jié)合Rayleigh-Plesset空化模型與SST湍流模型,利用CFD技術(shù)對特定轉(zhuǎn)速比的蝸殼式混流泵進(jìn)行了空化流動的數(shù)值模擬。通過模擬不同出口壓力條件下的混流泵揚程特性,我們得以揭示泵內(nèi)空化流場的分布規(guī)律。類似地,Singhal等人也曾對軸流泵在設(shè)計工況下的空化流場進(jìn)行了全流道的數(shù)值計算與分析,成功預(yù)測了流道內(nèi)的空化流動狀況及空化區(qū)域的發(fā)展情況。本研究的結(jié)果不僅為特定型號的混流泵性能優(yōu)化提供了有力支持,同時也為其他轉(zhuǎn)速比的蝸殼式混流泵空化特性分析提供了重要的參考。

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