轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟.pdf

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1、第28卷第13期农业工程学报882012年7月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28No．13Jul．2012轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟施卫东，李通通，张德胜，王国涛，周岭(江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013)摘要：为了研究轴流泵内部叶轮区域空化特性，该文基于ANSYSCFX软件，分别应用Standard茁．￡，RNGK-E，Ic-OJ和SST肛∞湍流模型、均质多相流模型，对比转数n．，=1033轴流

2、泵在不同工况下进行全流道数值计算，将模拟值与试验结果进行对比分析，验证不同湍流模型及多相流模犁的适应性并探究叶轮区域的空化特性。结果表明：在设计工况下，基于K-f／．'湍流模型较其他3种湍流模型计算准确，临界汽蚀余量NPSH。计算值与试验结果误筹为6．32％，可以较好反映轴流泵内部窄化特性。随着有效汽蚀余量NPSH值的减小，空化首先在叶片背面进口靠近轮缘处发生，然后沿着主流方向往叶片中部发展直至充满整个流道，在l临界汽蚀余量工况下，叶片中部区域空化面积较大，空化较严重时，叶片背面流线在叶片后部较紊乱，在靠近

3、轮毂处形成漩涡微团，并向轮缘处移动，同时引起叶轮出口截面处轴面速度分布不均匀，增加了叶轮区域流场的紊乱性，揭示了叶轮区域内部空化流动特性。关键词；轴流泵，空化，湍流，模型，数值模拟doi．-10．30690．issn．1002—6819．2012．13．015中图分类号：S277．9；TH312文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-13—0088-06施卫东，李通通，张德胜，等．轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟[J】．农业工程学报，2012，28(13)：88—93．ShiWeidong，L

4、iTongtong，ZhangDesheng，eta1．Numericalsimulationoncavitatingcharacteristicinimpellerofaxial—flowpump[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(13)：88—93．(．mChinesewithEnglishabstract)0引言轴流泵由于流量大、转速高等特点广泛用于农田排

5、水、灌溉及大型水利工程等【11。轴流泵进口水位降低或者在大流量工况下运行时，泵内可能产生空化现象。引起泵性能下降、产生震动与噪声以及对泵体产生空蚀破坏等12l。因此对轴流泵内部空化流场特性的研究成为国内外的一个热点。基于高速摄影、粒子成像等试验技术的提高以及计算机技术和计算流体动力学等学科的发展，通过试验研究与数值模拟相结合研究旋转机械内部空化流动特性成为可能。Am&等p培]利用高速摄影技术观察到了轴流泵叶轮区域空化流场特性，王勇等【91通过试验研究了离心泵空化发生时诱导震动噪声特性。施卫东等[10-171

6、采用雷诺时均N-S方法，较好地对旋转机械内部湍流流场进行预测。Kubota等[18-21]通过对轴流泵内部空化流场进行研究提出空穴微团运动规律。Ding等[22-26]通过试验与CFD(computationalfluiddynamics，计算流体力学)数值模拟相对比，验证了数值模拟技术对工程应用中的轴流泵汽收稿日期：2012．01．20修订日期：2012-06-05基金项目：国家自然科学基金资助项目(51079063，51109093)、江苏高等学校优秀科技创新团队项目(苏敦科(2009)10号)、江苏省

7、自然科学摹金(BK．2011503)：国家博士后科学基金(201IM500117)t江苏省博士后基金(1101019B)。作者简介：施卫东(1964一)，男．江苏南通人。研究员，博士生导师，主要从事流体机械理论及]：程研究。镇江江苏大学流体机械工程技术研究中心，212013。Email；wdshiC痂uis．edu．∞蚀性能预测的可靠性。本文以ZBM791．1000型轴流泵为研究对象，对轴流泵在不同工况F窄化流场进行全流道数值分析，验证不同湍流模型以及空化模型在轴流泵汽蚀性能预测的适应性。预测并分析了轴流泵

8、叶轮区域在不同有效汽蚀余量NPSH(netpositivesuctionhead)值下空化特性。1几何参数研究模型为ZBM791．1000型轴流泵，模型泵截面翼型选用具有较好的效率和抗汽蚀性能的791翼型。模型泵在圆柱面r=124．5nLrn处叶片平面叶栅示意图及进口速度三角形如图l所示，基本设计参数如表1所示。表IZBM791—1000型模型泵主要结构参数Table1Maingeometricparameter