顆粒對不同流量下動靜葉柵內(nèi)固液兩相非定常流動的影響.pdf

1、泵在國民生產(chǎn)的很多領(lǐng)域都起著廣泛的作用，無論是航空航天、核電站、核潛艇，還是城市供水、石油、化工、農(nóng)業(yè)排灌等領(lǐng)域都離不開各種類型的泵。泵類流體機(jī)械的研究之中，有關(guān)于泵類流體機(jī)械的穩(wěn)定性以及節(jié)能降耗的研究是重中之中。
　　水力機(jī)械內(nèi)部動葉柵與靜葉柵之間的相對運(yùn)動引起的動靜干涉是引起水力機(jī)械內(nèi)振動、噪音以及效率偏低的主要原因，在偏離設(shè)計工況時這種情況更為明顯。同時，在各類水力機(jī)械的運(yùn)行過程中，介質(zhì)不可避免的會有固相顆粒的混入,而固體顆

2、粒的加入又會使得動靜葉柵內(nèi)流動更加復(fù)雜、水力機(jī)械本身運(yùn)行不穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。因此，探究在不同工況下固體顆粒對于水力機(jī)械動靜葉柵內(nèi)部流動的影響，可以為提高流體機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性以及高效性研究提供一定參考。
　　本文采用大渦模擬與Mixture多相流模型混合的計算方法，以設(shè)計工況為23.9m3/h的帶有徑向?qū)~的離心泵為計算模型，對0.2Q、0.6Q、1.0Q以及1.4Q五種不同工況時的流場進(jìn)行分析。旨在分析加入顆粒后，水力機(jī)械動靜葉柵內(nèi)

3、部在不同流量下非定常流動的情況。
　　本文的主要創(chuàng)新性點(diǎn)：
　　（1）本文結(jié)合了現(xiàn)階段內(nèi)水力機(jī)械研究的兩大熱點(diǎn)問題——動靜干涉效應(yīng)下的水力機(jī)械內(nèi)部非定常流動問題與水力機(jī)械內(nèi)部的固液兩相流動問題。結(jié)合固液兩相流動以及動靜干涉作用，對水力機(jī)械內(nèi)部流動進(jìn)行分析研究。
　?。?）本文選用了渦量作為描述流動內(nèi)部小渦流動的參考量。以渦量圖作為參考來描述水力機(jī)械內(nèi)部流動過程。
　　主要結(jié)論：
　　（1）不論是在清水還是固

4、液兩相情況下，模型泵的揚(yáng)程隨著流量的增大而減小，效率隨著流量的增大而增大，當(dāng)流量達(dá)到某一值時，效率達(dá)到峰值，之后效率隨著流量的增大而減小。在流量較小的情況下，固液兩相時的揚(yáng)程大于清水時的，而當(dāng)流量超過0.6Q之后，清水時的揚(yáng)程則高于固液兩相時的。同時，固液兩相情況下的效率總是低于清水時的。
　　（2）與清水介質(zhì)時相比，加入顆粒之后，泵內(nèi)部壓力分布趨勢基本相同，但速度分布更為紊亂。流道中渦的分布情況與清水時基本相同，但是固液兩相時流

5、道內(nèi)渦的大小與能量都比清水時高，尤其是在設(shè)計工況與大流量工況，同時，在顆粒的影響下，整個渦中心區(qū)域的流動結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，這一區(qū)域內(nèi)渦的強(qiáng)度也更大。
　?。?）在不同流量、不同位置處，顆粒的存在對壓力脈動的影響不同。在動靜葉柵交界面處，小流量工況時，顆粒的存在增強(qiáng)了此處的高頻壓力脈動，而大流量工況時，顆粒的存在削弱了此處的高頻壓力脈動。同時1.4Q時顆粒存在對壓力脈動幅值影響最小，0.2Q時最大；在導(dǎo)葉流道內(nèi)，小流量工況時，顆粒的存在

6、削弱了的高頻壓力脈動，而大流量工況時，顆粒的存在增強(qiáng)了此處的高頻壓力脈動。同時1.4Q時顆粒存在對壓力脈動幅值的影響最小，0.6Q時最大；在蝸殼流道內(nèi)，顆粒的存在已經(jīng)不影響這一區(qū)域的壓力脈動。同時1.0Q時顆粒存在都對壓力脈動幅值的影響最小，0.2Q時最大；在蝸舌位置處，小流量工況下顆粒更容易產(chǎn)生堆積，使得顆粒的存在增強(qiáng)了蝸舌處的高頻壓力脈動。同時1.0Q時顆粒存在都對壓力脈動幅值的影響最小，0.2Q時最大。而且與蝸殼內(nèi)其他位置處的壓力

7、脈動幅值相比，蝸舌處的壓力脈動幅值遠(yuǎn)大于蝸殼其他位置處。
　?。?）不論是在清水還是固液兩相情況下，動靜干涉都是引起流道內(nèi)擬序渦的演化過程的改變的主要原因，而且顆粒的存在加劇了這一過程。隨著流量的增加，流道內(nèi)的渦的分布趨勢基本保持不變，但是隨著流量的增加，這些渦的能量和體積都有所減弱。
　?。?）在小流量工況下，顆粒的存在加強(qiáng)了流道內(nèi)渦的分布范圍與強(qiáng)度，但在額定流量與大流量工況下，顆粒的存在反而減少了流道內(nèi)渦的分布范圍與情況