離心泵啟動過程瞬態(tài)特性數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、離心泵啟動過程區(qū)別于其正常工作狀態(tài)，是一種瞬態(tài)過程。離心泵瞬態(tài)工作特性可以為一些特殊場合提供瞬時流體動力，但大功率泵在啟動過程中產(chǎn)生的沖擊和水力激振等瞬態(tài)效應(yīng)可能造成管道系統(tǒng)和機組設(shè)備的破壞。因此研究離心泵啟動過程的瞬態(tài)外特性和內(nèi)流機理，對實現(xiàn)離心泵啟動過程的水流控制、性能優(yōu)化以及機組系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重大的意義。
　　本文以處于啟動過程的離心泵為研究對象，針對離心泵啟動階段的瞬態(tài)特性，搭建了離心泵外特性測試實驗臺，采用數(shù)值模擬

2、與試驗相結(jié)合的方法，探索了離心泵瞬態(tài)外特性和內(nèi)部流動機理。本文的主要內(nèi)容如下:
　　1.搭建離心泵外特性測試試驗臺，在管路特性相同的條件下，通過變頻器控制離心泵啟動時間，實現(xiàn)離心泵的不同啟動加速度，對啟動過程中瞬態(tài)外特性，如轉(zhuǎn)速、流量和進出口壓力的變化進行了測試和采集。
　　2.基于一維系統(tǒng)仿真軟件Flowmaster，建立離心泵裝置系統(tǒng)，對離心泵啟動過程進行仿真分析，并與試驗結(jié)果進行了對比。同時為了消除瞬態(tài)數(shù)值計算過程中出

3、口邊界條件引起的誤差，將Flowmaster仿真結(jié)果作為瞬態(tài)數(shù)值計算的出口邊界條件，這樣可準(zhǔn)確求解離心泵啟動內(nèi)部流場的瞬態(tài)過程。
　　3.采用瞬態(tài)數(shù)值計算方法，基于定常數(shù)值計算結(jié)果，通過CEL語言控制離心泵啟動過程中葉輪旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)值計算中的邊界條件，分析了離心泵啟動過程內(nèi)部流場瞬態(tài)特性。
　　4.基于瞬態(tài)數(shù)值計算結(jié)果，采用雙向流固耦合對離心泵啟動過程瞬態(tài)內(nèi)部流場和結(jié)構(gòu)場進行了聯(lián)合求解，獲得了離心泵啟動過程中瞬時效應(yīng)對葉片應(yīng)

4、力和應(yīng)變的影響規(guī)律。隨著葉輪轉(zhuǎn)速的不斷增加，葉片進口應(yīng)力集中現(xiàn)象更加嚴(yán)重，變形量與動應(yīng)力隨時間的變化特性為離心泵瞬態(tài)水力特性的優(yōu)化設(shè)計和安全可靠性提供理論依據(jù)。
　　研究結(jié)果表明:在離心泵啟動過程中，瞬態(tài)流量變化軌跡近似于三次曲線，啟動時間的長短不僅直接影響啟動過程中瞬態(tài)揚程的沖擊效應(yīng)，而且對流量的滯后時間也有一定的影響，瞬態(tài)內(nèi)部流場的演變過程揭示了離心泵啟動過程的瞬態(tài)效應(yīng)，因此，在離心泵啟動過程中獲得瞬時動力的同時，瞬態(tài)效應(yīng)對葉