離心泵葉輪汽蝕數值模擬及其流固耦合分析.pdf

1、離心泵是一種關乎國家經濟基礎的重要的通用流體機械，汽蝕則是制約離心泵性能和發(fā)展的重要因素，不僅是離心泵各種葉輪機械都會因為汽蝕現象而導致性能下降，造成設備的振動和噪聲，甚至導致機器的損毀破環(huán)，所以解決汽蝕問題十分的重要。在離心泵的工作過程中會伴隨著葉輪的局部壓強降低，尤其是葉輪進口，當壓強降低至飽和蒸汽壓時就會產生汽蝕，現有的科研成果主要分為兩類方法解決汽蝕，一種是提高進口壓強，一種是優(yōu)化葉輪。想要從根本上解決汽蝕問題還要從設備的研發(fā)和

2、優(yōu)化設計做起，所以本文就主要通過葉輪設計，配合數值計算流固耦合分析和離心泵特性試驗相結合的方法對離心泵的葉輪汽蝕問題進行研究。本文的主要工作和實驗過程如下:
　　1、為了研究葉輪對離心泵汽蝕的影響，運用Ansys bladegen設計了在相同子午面流道，和相同三元葉型情況下設計四種葉片數，四種葉片包角，四種葉片進口角的離心泵葉輪，利用Pro/e對葉輪模型的葉片進行三維設計。
　　2、為了模擬離心泵整機的流場，需要對進口段和擴

3、壓器(蝸殼)進行建模，而擴壓器也是一個重要的部件，它起著將介質的動能轉化為靜壓能的作用，最后將離心泵各個部件進行裝配。
　　3、運用數值模擬軟件CFX，對設計好的葉輪進行整機流場和汽蝕模擬，首先對離心泵進行網格無關性分析確定最佳的網格數量，用空化多相非定常模型來模擬離心泵內流場，進口采用總壓進口和質量流量出口來調節(jié)NPSHa，使用Rayleigh-Plesset方程描述空泡生成和潰滅，使用了SST湍流模型封閉，采用了多重參考坐標系

4、處理旋轉葉輪與蝸殼動靜耦合交界面。最后可以得到離心泵葉輪的汽蝕分布，壓力分布等高線，速度分布矢量圖，以及流線圖，并通過內部函數預測了離心泵的外特性參數，對比分析了三類葉片葉輪的汽蝕特征，得出了離心泵葉輪內湍流的汽泡分布規(guī)律。試驗結果表明:(1)離心泵汽蝕從葉輪進口產生，沿著葉片背面向葉輪流道發(fā)展。(2)離心泵葉片數量葉數太少，流體流動情況很不好，流道內有很嚴重的二次渦堵塞流道，葉數較多的葉輪雖然對流體能量傳遞更多但是葉片機械損失也就增加

5、，模擬結果表明7葉片的葉輪性能最佳。(3)葉片包角影響葉輪流道的形狀，從而影響汽泡的發(fā)展和擴散，模擬結果表明包角120°時的汽泡含量最低。(4)葉片進口形狀主要影響汽蝕的初生，安放角越小葉片進口越彎曲，沖角越小，紊流就越嚴重，進而導致局部壓力下降加速汽蝕。
　　4、對葉輪進行流固耦合分析，葉輪在有流場預應力載荷的情況下分析其葉輪載荷和振動情況。將上面不同參數的葉輪在NPSHa=2，Q=21kg/s工況下的流場壓力施加到葉輪表面上，