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基于兩相流的多級離心泵汽蝕性能分析
閱讀:1793 發(fā)布時間:2012-9-21
多級離心泵在運轉過程中,有時會出現(xiàn)水力機械*的汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象改變了流道內的速度分布,使離心泵的效率下降、揚程降低,引起機器振動,同時也會使葉輪遭受破壞,嚴重影響工作性能,并妨礙其正常運行。所以如何準確地預測泵的汽蝕性能,防止汽蝕的發(fā)生是一個重要的研究方向。由于汽蝕現(xiàn)象本身的復雜性以及測量的困難性,要對汽蝕現(xiàn)象準確的定量分析還很難。隨著計算流體動力學(CFD)技術在水力機械內部流場計算中應用日益廣泛,CFD成為優(yōu)化設計的重要工具。所以使用數(shù)值模擬研究多級離心泵內部的汽蝕流動,預測泵的汽蝕性能,對汽蝕現(xiàn)象進行準確地定量分析已經成為可能。本文利用CFX軟件的RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,采用Rayleigh-Plesset汽蝕模型對多級離心泵的首級葉輪進行了汽蝕模擬。分析了壓力場和速度場,得到了不同壓力、不同流量下的氣泡分布和速度矢量分布。還對9個流量工況下的葉輪進行了完整的汽蝕模擬計算,從汽蝕未發(fā)生、汽蝕初生到汽蝕發(fā)展,找到了臨界汽蝕余量點,得到了NPSH-Q曲線,并和實驗曲線進行了比對。本文得到的結論如下:
1、為了驗證模擬軟件和模型的準確性,先對多級離心泵的兩級葉輪和導葉進行無汽蝕模型的單相流動數(shù)值模擬,把模擬結果和實驗結果進行了對比,模擬曲線和實驗曲線的趨勢一致,誤差較小,證明了模擬的有效性和可行性。從模擬結果發(fā)現(xiàn)泵壓力zui低的地方在多級離心泵首級葉輪葉片進口處,為下面的工作打下了基礎。
2、對多級離心泵的首級葉輪進行了汽蝕模擬。得到了壓力分布圖和速度矢量分布圖,知道了汽蝕初生的位置在葉片背面進口稍后處。調節(jié)出口壓力和流量,得到了汽蝕隨壓力和流量變化圖。利用模擬計算可以觀察到汽蝕初生,找到汽蝕初生點,這對防止離心泵的汽蝕有重要的意義。
3、對9個流量工況下的葉輪進行了汽蝕模擬,找到臨界汽蝕余量得到NPSH-Q曲線并與實驗曲線進行對比,兩條曲線的趨勢基本一致,在大流量工況下誤差較大,在小流量工況,特別是額定工況下模擬結果和實驗結果較為接近。說明該模擬方法可以準確預測離心泵的汽蝕性能,也說明數(shù)值模擬預測可以代替繁瑣而又復雜的泵汽蝕實驗。
離心泵是流動介質(氣體和液體,也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物)從葉片轉軸根部(進口)進入,介質依靠高速轉動葉片獲得離心力,產生一個高壓,從泄壓口(出口)流出的介質輸送設備。多級離心泵是將具有同樣功能的兩個以上的泵集合在一起,流體通道結構上,表現(xiàn)在*級的介質泄壓口與第二級的進口相通,第二級的介質泄壓口與第三級的進口相通,如此串聯(lián)的機構形成了多級離心泵。多級離心泵的意義在于提高設定壓力。
1、為了驗證模擬軟件和模型的準確性,先對多級離心泵的兩級葉輪和導葉進行無汽蝕模型的單相流動數(shù)值模擬,把模擬結果和實驗結果進行了對比,模擬曲線和實驗曲線的趨勢一致,誤差較小,證明了模擬的有效性和可行性。從模擬結果發(fā)現(xiàn)泵壓力zui低的地方在多級離心泵首級葉輪葉片進口處,為下面的工作打下了基礎。
2、對多級離心泵的首級葉輪進行了汽蝕模擬。得到了壓力分布圖和速度矢量分布圖,知道了汽蝕初生的位置在葉片背面進口稍后處。調節(jié)出口壓力和流量,得到了汽蝕隨壓力和流量變化圖。利用模擬計算可以觀察到汽蝕初生,找到汽蝕初生點,這對防止離心泵的汽蝕有重要的意義。
3、對9個流量工況下的葉輪進行了汽蝕模擬,找到臨界汽蝕余量得到NPSH-Q曲線并與實驗曲線進行對比,兩條曲線的趨勢基本一致,在大流量工況下誤差較大,在小流量工況,特別是額定工況下模擬結果和實驗結果較為接近。說明該模擬方法可以準確預測離心泵的汽蝕性能,也說明數(shù)值模擬預測可以代替繁瑣而又復雜的泵汽蝕實驗。
離心泵是流動介質(氣體和液體,也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物)從葉片轉軸根部(進口)進入,介質依靠高速轉動葉片獲得離心力,產生一個高壓,從泄壓口(出口)流出的介質輸送設備。多級離心泵是將具有同樣功能的兩個以上的泵集合在一起,流體通道結構上,表現(xiàn)在*級的介質泄壓口與第二級的進口相通,第二級的介質泄壓口與第三級的進口相通,如此串聯(lián)的機構形成了多級離心泵。多級離心泵的意義在于提高設定壓力。
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