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redhair2007

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redhair2007

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greenyx

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大石

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曾尼勉

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地址：山东省莱州市云峰工业园15-25号
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网址：http://www.yuancailiao.net/trade/offerdetail-214093.aspx

网址:  http://gl.007swz.com/xiangruistone/products/dalishi_410.html

被誉为：画面石之皇者、当代两大名石之首，另一为泰山石。

　　

wthr3479

　　目前对离心泵的研究主要采用PIV试验〔‘一’〕和CFD}’一’〕计算，对其性能的预测主要是基于定常流动的数值模拟.随着计算机技术和数值算法的快速发展，离心泵内部流动非定常计算「“〕、结构强度数值校核〔7」等方面的研究取得了很大的成果，大大提高了数值预测的精度.http://www.fqo4.com/

　　 　　多级潜水电泵主要用于农业灌溉，井水输送等场合，电动机和泵采用直联结构〔8]，具有流量小、扬程高、质量轻等特点，过流部件由叶轮、正导叶和反导叶3部分组成.叶轮和导叶在结构上为空间对称，但是叶轮和导叶间的动静干涉相互作用和内部流场的变化规律都呈现复杂的非定常特性「v-}o}，这种非定常流动将会引起流场的压力脉动〔”」，流动的诱导噪声[i2」等.笔者选取QD3一60/4一1. 1首级叶轮和导叶为研究对象，计算5个不同工况下叶轮、正导叶和反导叶三维非定常湍流场，分析定常和非定常叶轮流道出口压力面的速度三角形变化，将数值模拟各工况平均非定常扬程和功率的结果与试验结果进行对比分析，运用非定常数值计算手段预测多级潜水电泵外特性和研究内特性变化规律.

　　 　　1计算模型选取多级离心泵QD3一60/4一1. 1，其参数:流量口= 3 m}·h一’;扬程H=60 m;转速n = 2 900 r·min_,min;单级比转速n, = 39. 5，从叶轮进口看，叶轮逆时针方向旋转.主要过流部件水力参数:叶轮进口直径D, = 30 mm;叶轮出口直径DZ = 118 mm;叶轮进口宽度bZ = 2. 5 mm;叶片进口安放角月l= 29. 5 0;叶片出口安放角月Z =19. 40;叶轮叶片数为5片;径向导叶数6个;基圆直径D3 = 123 mm;径向导叶出口直径D4二144 mm;反导叶叶片数为6片;反导叶出口安放角刀6 =880.

　　 　　根据多级泵流动相似性和结构相似性选取首级叶轮和导叶流场，建立三维流场模型，进、出口段分别延伸，如图1所示.

　　 　　2数值方法为了获得最经济的网格数和计算步长，通过网格无关性和时间步长无关性验证，确定了计算网格数.

　　 　　导叶和叶轮采用非结构四面体网格，单级叶轮，导叶网格数分别为233 786和289 372，进口和出口延伸段采用六面体结构网格，网格数分别为4 642和5 067.

　　 　　进口为圆管充分发展的湍流，湍动能k为平均动能的0. 5%一1. 5%，湍动能耗散率。由经验公式求得，进口速度由设计流量确定，出口为自由出流，边界参数对上游没有影响，出口各参数满足沿流线方向梯度为0.固璧上时均速度和脉动速度的各个分量均为0，耗散率为有限值，取无滑移条件，选用标准壁面函数法.

　　 　　非定常以定常计算结果为初始条件，旋转部件采用滑移网格技术，时间步长为0. 000 114 94 s，总时间步长为0. 207 s，每一时间步长叶轮转过20，叶轮总共旋转10圈，以叶轮转6圈0. 124 1 s时刻的稳定的流场进行研究.

　　 　　3结果分析3. 1试验验证分析图2为试验结果和数值模拟结果对比曲线.认为规定流量，非定常结果为每一工况下的非定常数值模拟平均值，试验结果为4级潜水电泵的测试结果换算到单级时的值.可以看出，数值模拟结果高于试验结果，在设计工况下，扬程和轴功率的相对误差为2. 43%和8. 02%，这是因为在数值模拟过程中仅仅考虑了湍流造成的损失，忽略了前、后腔泄露引起的容积损失和轴承、摩擦副等引起的机械损失.

　　 　　3. 23. 2. 1速度场、压力场和湍动能场分析速度三角形分析不同工况下叶轮出口压力面的速度三角形如图3所示.

　　 　　图3a为定常计算的3种不同工况下叶轮流道1出口压力面速度三角形，uz为叶轮出口圆周速度，::为叶轮出口绝对速度，二:为叶轮出口相对速度.

　　 　　从图3a可以看出，随着流量的增加，叶轮绝对速度vz减小，绝对速度圆周分量vz“减小，绝对速度径向分量vz.增加，绝对速度液流角a:增大，相对速度wz增加，相对速度圆周分量wz。和绝对速度径向分量wz.增加，相对速度液流角}z减小，但是相对速度液流角减小幅度没有绝对速度液流角增加幅度大.图3b,c,d为非定常不同工况下第6个周期内的叶轮流道1出口压力面速度三角形从图3b可以看出，小流量工况下绝对速度径向分量在1个周期(T)内先减小后增大T/4时刻为1. 8 m·s一’,2T/4时刻为0. 6 m·s一’，3 Tl4时刻为1. 6 m·s一‘,4T/4时刻为1. 3 m·s一‘;绝对速度液流角和相对速度液流角变化很明显，T/4时刻分别为8. 71。和19. 800，而2 T/4时刻分别变到3. 24“和5. 390，相对速度液流角变化幅度比绝对速度液流角变化大.图3c为设计点工况下的速度三角形，T/4时刻相对速度液流角和绝对速度液流角分别为16. 07。和24. 580，随着叶轮的旋转变化，绝对速度液流角开始减小，相对速度液流角先减小后增大，二者分别为11. 250和20. 74 0，相对速度液流角与叶片安放角几乎相等，此时流体在叶片压力面未发生分离.从图3d可以看出，T/4和3 Tl4时刻、2 T/4与3 Tl4时刻的速度三角形基本相同，绝对速度液流角为15. 740和12. 770;叶轮在1个旋转周期内速度交替变换，可以判定此时一流动不稳定，叶片压力面存在着较明显的流动分离〔”〕.

　　 　　3.2.2液流角、压力场和湍动能场分析为了进一步分析速度场的瞬时变换规律，取叶道1中r = 0. 7582 , r=0. 8082 , r=0. 8582 , r=0. 9082 , r = 0. 9582等5个不同半径处速度场进行分析，;如图1所示，R:为叶轮出口半径，探索0. 124 1 s时刻稳定流场的瞬时速度场.

　　 　　图4为不同工况下不同半经处叶轮内部的相对液流角分布.相对速度液流角}(3 = arctan(一、/、“)

　　 　　沿相对圆周角度B*二(BZ}/2"rr)的分布曲线，0为叶片压力面PS,1为叶片吸力面SS.从图4a一e可以看出，(1. SOQd小流量工况下的相对速度液流角变化十分明显，其值一直在正负之间剧烈波动，如图4c所示，压力面上基本和其他工况的值相等，随着半径的增加，变化趋于平稳，在r = 0. 9082和;=0. 95R:处只是在靠近吸力面变化较明显，此位置正是偏置短叶片设计中短叶片存在的位置，短叶片的存在可以明显改善此处的液流角分布〔s,iz}图5为绝对速度液流角a=arctan ( v,lv})沿相对圆周角度B * _ ( BZ}l2-rr)分布曲线，在r =( 0. 75一0. 85)R:处，小流量工况下的绝对速度液流角是最小的，绝对速度液流角随着流量的增大而增大，如图Sb所示，压力面从3. 25“增大到15. 200，而且存在着相对的不稳定变化，在此半径范围区间内，设计工况下的绝对速度液流角变化较平稳.在:二( 0. 90一0. 95 ) R:半径处，绝对速度液流角存在明显的正负交替变化现象，在压力面、吸力面和流道中部相对液流角为正值，在圆周方向相对0. 25和0. 75位置附近为负值，在叶道1靠近出口位置中必然存在着不稳定的漩涡.

　　 　　从图Sa一e可以看出，不论叶轮中任一半径处绝对速度液流角都随着流量的增大而增大，从图3的速度三角形可以知道，绝对速度圆周分量随流量的增大而减小，由欧拉定理可知，扬程也减小.

　　 　　图6为叶轮和径向导叶中截面静压分布图，非定常计算结果的最大值小于定常计算结果，最大静压位置都在径向导叶的出口处，由于叶轮和径向导叶相对运动的干涉作用，叶轮出口处静压在径向导叶进口位置产生了波动，定常计算结果分布基本为中心对称.

　　 　　图7为反导叶湍动能分布，湍动能最大区域集中于反导叶进口叶片处，最小区域位于各流道叶片压力面，定常计算和非定常计算结果较为一致.由于次级叶轮进口产生扰动，反导叶出口处湍动能有所增大，造成流动损失.

　　 　　4结论y随着流量的增加，叶轮绝对速度减小，绝对速度圆周分量减小，绝对速度径向分量增加，绝对速度液流角增大，相对速度增加，相对速度圆周分量和绝对速度径向分量增加，相对速度液流角减小，但是相对速度液流角减小幅度没有绝对速度液流角增加幅度大.

　　 　　2> i. soQ。大流量工况下叶轮在1个旋转周期内速度交替变换，叶片压力面有较明显的流动分离.

　　 　　3 ) 0. sOQd小流量工况下的相对速度液流角变化十分明显，其值正负之间剧烈波动.

　　 　　4)叶轮中任一半径处绝对速度液流角都随着流量的增大而增大，绝对速度圆周分量必然随流量的增大而减小.

　　 　　s)非定常计算的静压值小于定常计算值，而湍动能变化趋势基本一致，非定常计算可以较准确地预测多级潜水电泵的外特性.

多级泵