理论教育 优化离心泵内部流动分析:三维非定常强度

优化离心泵内部流动分析:三维非定常强度

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:非定常强度的最大值出现在D区域,即叶片后缘靠近工作面的位置。此外,叶轮进口段靠近前盖板的区域非定常强度较大。从图中可以看出,设计流量工况下,绝对速度非定常强度较弱,较大值主要集中在口环泄漏和叶轮出口处。从图中可以看出,在前后泵腔和口环内流动的湍流强度较大,且口环泄漏流动对泵进口段壁面附近的湍流强度也有明显影响。如图6-39所示是设计流量工况下模型离心泵蜗壳流道中截面三维时均湍流强度的分布。

优化离心泵内部流动分析:三维非定常强度

1.设计流量工况下的结果

如图6-32所示是设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均相对速度非定常强度的分布。从图中可以看出,在图中标示的ABCD四个位置以及叶轮进口靠近前盖板的位置,非定常强度较大,其中AB位置为叶片背面附近,说明离心泵在设计流量下,叶片背面附近的速度波动现象比工作面附近明显,这与压力脉动强度的分布规律相反;而CD位于叶轮出口附近,此处流体动静干涉作用最明显。非定常强度的最大值出现在D区域,即叶片后缘靠近工作面的位置。根据如图6-33所示的设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近三维时均相对速度非定常强度分布,此处的非定常强度会具有较大的梯度。此外,叶轮进口段靠近前盖板的区域非定常强度较大。

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图6-32 设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均相对速度非定常强度分布

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图6-33 设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近三维时均相对速度非定常强度分布

如图6-34所示是设计流量工况下前后泵腔及口环轴截面三维时均绝对速度非定常强度的分布。从图中可以看出,设计流量工况下,绝对速度非定常强度较弱,较大值主要集中在口环泄漏和叶轮出口处。从如图6-35所示的设计流量工况下模型离心泵蜗壳流道中截面三维时均绝对速度非定常强度分布可知,非定常强度较大的位置是图中放大的区域,这与压力脉动强度较强的区域吻合。

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图6-34 设计流量工况下前后泵腔及口环轴截面三维时均绝对速度非定常强度分布

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图6-35设计流量工况下模型离心泵蜗壳流道中截面三维时均绝对速度非定常强度分布

如图6-36所示是设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均湍流强度分布。从图中可以看出,湍流强度较大的区域是叶片背面附近和叶轮出口附近的区域。同时,根据如图6-37所示的设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近时均湍流强度分布,在叶片弦长的前0.8倍的区域,叶片背面附近的时均湍流强度值较大,而在叶片弦长的后0.2倍区域,工作面附近的湍流强度更大,并在叶片尾缘处达到最大值。各个叶片上的分布规律基本相同。此外,从叶轮轴截面上的分布可知,设计流量工况下,整个叶轮流道轴截面内湍流强度最大的区域是在叶轮前盖板附近,湍流强度系数在0.04372~0.04839之间。

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图6-36 设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均湍流强度分布

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图6-37 设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近时均湍流强度分布

如图6-38所示是设计流量工况下前后泵腔及口环轴截面三维时均湍流强度的分布。从图中可以看出,在前后泵腔和口环内流动的湍流强度较大,且口环泄漏流动对泵进口段壁面附近的湍流强度也有明显影响。如图6-39所示是设计流量工况下模型离心泵蜗壳流道中截面三维时均湍流强度的分布。从图中可以看出,从隔舌位置开始,随着蜗壳流道过流断面面积的增加,湍流强度先是逐渐增强而后逐渐减小;在靠近叶轮出口附近湍流强度相对较小。

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图6-38 设计流量工况下前后泵腔及口环轴截面三维时均湍流强度分布

2.0.6倍设计流量工况下的结果

如图6-40所示是0.6倍设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均相对速度非定常强度的分布。从图中可以看出,小流量工况下叶轮流道中截面内非定常强度较大的区域主要是叶片背面附近的A处和叶片后缘靠近工作面的位置,且流道内的相对速度非定常强度也比设计流量工况下有明显的增大。此外,从叶轮流道轴截面结果分布图可知,非定常强度较大的流动更加靠近叶轮的后盖板。如图6-41所示是0.6倍设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近时均相对速度非定常强度分布。从图中可以看出,整个叶片表面附近的非定常强度分布比设计流量工况下的大,且各个叶片之间的分布有一定差异性。在叶片后缘附近非定常强度存在明显的大梯度分布。

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图6-39 设计流量工况下模型离心泵蜗壳流道中截面三维时均湍流强度分布

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图6-40 0.6倍设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均相对速度非定常强度分布

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图6-41 0.6倍设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近时均相对速度非定常强度分布

如图6-42和图6-43所示分别是0.6倍设计流量工况下前后泵腔、口环轴截面和蜗壳流道中截面的三维时均绝对速度非定常强度分布。从图6-42中可以看出,口环泄漏流动在小流量工况下对叶轮进口流动的非定常特性有更加显著的影响,且这种影响向上游延伸了更长的一段距离。从图6-43可以看出,蜗壳隔舌附近区域非定常强度较大。

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图6-42 0.6倍设计流量工况下前后泵腔及口环轴截面三维时均绝对速度非定常强度分布

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图6-43 0.6倍设计流量工况下蜗壳流道中截面三维时均绝对速度非定常强度分布

如图6-44所示是0.6倍设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均湍流强度的分布。从图中可以看出,在叶片背面附近的A处和在叶轮前盖板附近的B处湍流强度较大。0.6倍设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近时均湍流强度分布如图6-45所示,从图中可知,叶片背面的湍流强度分布始终大于叶片工作面的,且在叶片前缘附近湍流强度最大,湍流强度系数最大值可达0.06左右;在叶片后缘最大湍流强度系数值不到0.04。

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图6-44 0.6倍设计流量工况下叶轮流道中截面和轴截面三维时均湍流强度分布

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图6-45 0.6倍设计流量工况下叶轮中截面叶片表面附近时均湍流强度分布

如图6-46所示是0.6倍设计流量工况下前后泵腔和口环轴截面三维时均湍流强度分布。从图中可以看出,湍流强度的分布与设计流量时近似,在前后泵腔和口环内流动的湍流强度较大,口环泄漏流动对泵进口段壁面附近的湍流特性也有明显影响,且这种影响向上游和流道中部的扩张更加明显。如图6-47所示是0.6倍设计流量工况下蜗壳流道中截面三维时均湍流强度的分布。从图中可以看出,最大湍流强度系数值出现在蜗壳隔舌附近,最小系数值在靠近叶轮出口的A区域。

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图6-46 0.6倍设计流量工况下前后泵腔及口环轴截面三维时均湍流强度分布

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图6-47 0.6倍设计流量工况下蜗壳流道中截面三维时均湍流强度分布

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