不同叶顶间隙对轴流泵空化性能及流场的影响_施卫东

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叶顶间隙对小型轴流风扇气动性能的影响

０引言
小型轴流风扇广泛用于笔记本电脑、服务器等较昂贵的电子产品中，而近些年对其研究主要集中在性
能测试方面＿】］，对于内部流动和优化方法的研究相对
叶片，能减少叶顶间隙泄漏涡的产生和通过叶顶间
隙的泄漏量。Ｔ．Ｆｕｋａｎｏ等＿６］研究了叶顶间隙对轴
流风扇噪声的影响，结果显示：叶顶间隙处产生的涡流和泄露流是噪声产生的主要来源。欧阳华等ｌ７］用ＣＦＤ对轴流风机的气动噪声进行数值模拟，并将结果与实验对比，发现模拟预测精度较好，能够满足工程分析的需要。三维非定常湍流流动是叶轮区域流
浙江理工大学学报，第３Ｏ卷，第４期，２０１３年７月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＳｃｉ — ＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖ０１．３０，Ｎｏ．４，Ｊｕ１．２０１３
比较明显；在叶顶间隙处，沿径向，小叶顶间隙涡脱落比大叶顶间隙早；离散噪声的峰值出现在基频和谐波频率处，
并且在高频处声压衰减比较快。
关键词：小型轴流风扇；叶顶间隙；静特性；噪声；数值模拟
中图分类号：ＴＭ９２５．１１文献标志码：Ａ
出了涡声理论，他认为在低马赫数条件下，涡是等熵
绝热流体产生流场和辐射声场的基本且唯一的来源，为湍流发声提供了理论依据。ＵｒｒａｙＨｏｄｇｓｏｎ等［４］对小型ＣＰＵ风扇的噪声进行了研究，发现大流

不同空化数下轴流泵叶顶间隙区空化特性_张德胜

Test bench of axial flow pump
试验系统主要由稳压罐、汽蚀罐、进出口测压管、增压泵、涡轮流量计、转速转矩仪、调节阀和模型泵等组成。转速转矩仪测量泵轴转速、转矩和轴功率，泵扬程由进出口压力传感器测量，流量由涡轮流并由采集系统输送到计算机自动记录不量计测量，同工况下的外特性。轴流泵空化试验高速摄影系统如图 4 所示。全透明模型泵卧式安装在泵模型段，如图 5 所示。高 Serise 4L 型高速摄影速摄影采用美国 IDE 公司 Y最大拍摄速度 256 000 帧 / min，本次试验设置的机，采样频率为 5 000 Hz，曝光时间为 107 μs，采用卤光灯进行拍摄补光。
引言
轴流泵广泛应用于农田灌溉、水利调水、核电火电、船舶喷水推进和导弹发射等国民经济重要领域
［1 ］
种不同结构的转轮的泄漏空化涡带进行了拍摄，观察到不同叶顶断面形状产生的泄漏空化涡的特征
［17 ］
。
。轴流泵叶轮和端壁间不可避免地存在间隙
叶轮网格信息
网格质量 0. 53 0. 59 0. 62 设计扬程 / m 计算扬程 / m 2. 99 2. 99 2. 99 2. 901 2. 973 2. 972
Information of impeller grids
式中
— —气相体积分数 αv — pv — — —汽化压力， Pa
槡
式中经验常数分别为：蒸发系数 F e = 50 ；凝结系数 F c = 0. 01 ；气核的体积分数 r nuc = 5 × 10 － 4 ；空泡半径Ｒ B = 10 － 6 m。考虑湍流压力脉动 p turb 对汽化压力的影响，对 p v 修正如下 p v = p sat + p turb 2 （ 3）（ 4）

不同叶顶间隙下斜流泵内部流动特性的数值模拟

第３８卷　第８期Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．８张德胜不同叶顶间隙下斜流泵内部流动特性的数值模拟张德胜１，沈熙１，董亚光１，王超超１，刘安１，施卫东２（１．江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３；２．南通大学机械工程学院，江苏南通２２６０１９）收稿日期：２０１８－０１－１６；修回日期：２０１８－０３－１７；网络出版时间：２０２０－０７－３１网络出版地址：ｈｔｔｐｓ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１８１４．ＴＨ．２０２００７２９．１７２５．０２４．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５１７７６０８７，５１９７９１２５）；江苏省重点研发计划项目（ＢＥ２０１５００１－３）；江苏省产学研前瞻性联合研究项目（ＢＹ２０１５０６４－０８）；江苏省３３３工程项目（２０１６Ⅲ－２７３１）；江苏省六大人才高峰计划项目（ＨＹＧＣ－００８）第一作者简介：张德胜（１９８２—），男，江苏南通人，研究员，博士生导师（通信作者，ｄｅｓｈｅｎｇ１９８２＠１６３．ｃｏｍ），主要从事流体机械设计理论及流动特性研究．第二作者简介：沈熙（１９９２—），男，江苏宿迁人，博士研究生（ｓｈｅｎ．ｘｉ．０１＠ｏｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ），主要从事轴流泵叶顶区流动及空化特性研究．摘要：为研究轮缘叶顶间隙对斜流泵性能和流动不稳定特性的影响，基于ＳＳＴｋ－ω湍流模型对某斜流泵选取了０，０．２５，１．００，２．００ｍｍ４种尺寸的叶顶间隙进行数值计算，分析间隙区域内压差分布、泄漏量、叶顶泄漏涡旋强度以及进口轴面速度分布．结果表明：不同运行工况下，斜流泵泄漏量从叶轮进口到叶轮出口先增大后减小，其与间隙区内压差变化趋势相吻合．叶顶泄漏量随着间隙尺寸的增大而增大，导致泵的能量损失增大．经对比发现，间隙尺寸是影响叶顶泄漏量的主要因素．小流量工况下，随着叶顶间隙尺寸的增大，叶顶泄漏流与主流卷吸作用形成的泄漏涡强度逐渐增强．部分泄漏流进入相邻叶片通道，导致其流动失稳．随着叶顶间隙的增大，斜流泵能量损失明显增多，且内流不稳定性明显加剧．增大流量后，不同间隙下叶顶泄漏涡旋转强度均逐渐降低．关键词：斜流泵；叶顶间隙；叶顶泄漏涡；不稳定特性；轴面速度中图分类号：ＴＨ３１４；Ｓ２７７．９　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４－８５３０（２０２０）０８－０７５７－０７Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．１８．００１５张德胜，沈熙，董亚光，等．不同叶顶间隙下斜流泵内部流动特性的数值模拟［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０２０，３８（８）：７５７－７６３．ＺＨＡＮＧＤｅｓｈｅｎｇ，ＳＨＥＮＸｉ，ＤＯＮＧＹａｇｕａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｓｏｎｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＪＤＩＭＥ），２０２０，３８（８）：７５７－７６３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｌａｄｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｓｏｎｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐＺＨＡＮＧＤｅｓｈｅｎｇ１，ＳＨＥＮＸｉ１，ＤＯＮＧＹａｇｕａｎｇ１，ＷＡＮＧＣｈａｏｃｈａｏ１，ＬＩＵＡｎ１，ＳＨＩＷｅｉｄｏｎｇ２（１．ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＰｕｍｐｓ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２２６０１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｕｎｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｉｎｔｈｅｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐ，ｆｏｕｒｓｉｚｅｓｏｆｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｓ（０，０．２５，１．００，２．００ｍｍ）ｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｃｏｎｄｕｃｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＳＳＴｋ－ωｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗｒａｔｅ，ｉｎｌｅｔａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｉｐｌｅａｋａｇｅｖｏｒｔｅｘｒｏｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｐｕｍｐｆｒｏｍｉｍｐｅｌｌｅｒｉｎｌｅｔｔｏｉｍｐｅｌｌｅｒｏｕｔｌｅｔｓｈｏｗｓａｔｅｎｄｅｎｃｙｔｈａｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｔｒｅｎｄｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｓｉｚｅ，ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｔｉｐａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｏｆｔｈｅｐｕｍｐ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｈａｔｔｈｅｃｌｅａｒａｎｃｅｓｉｚｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｌｅａｋａｇｅ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｐａｒｔｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｌｅａｋａｇｅｖｏｒｔｅｘｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｂｌａｄｅｔｉｐｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗａｎｄｍａｉｎｆｌｏｗｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｂｌａｄｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅ．Ｐａｒｔｏｆｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗｅｎｔｅｒｓｔｈｅｐａｓｓａｇｅｏｆａｄｊａｃｅｎｔｂｌａｄｅｓ，ｌｅａｄｉｎｇｔｏｆｌｏｗｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓａｎｄｆｌｏｗｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｕｍｐｓｈｏｗａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｌｅａｒａｎｃｅｓｉｚｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｆｌｏｗｒａｔｅ，ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｉｐｌｅａｋａｇｅｖｏｒｔｅｘｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｅａｒａｎｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐ；ｂｌａｄｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅ；ｔｉｐｌｅａｋａｇｅｖｏｒｔｅｘ；ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ａｘｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙ斜流泵因其扬程高、流量大、高效范围广的优点，而被广泛用于农业灌溉、大型调水工程、喷水推进以及城市给排水等领域［１－３］．由于斜流泵的叶轮轮缘与转轮室之间不可避免地存在间隙，工作面与背面压差造成叶顶泄漏流产生．叶顶泄漏流不仅导致泄漏损失，而且泄漏流与主流卷吸形成的叶顶泄漏涡会堵塞流道，诱导水力振荡，影响泵的稳定运行［４］．目前，国内外学者通过数值模拟和试验对斜流泵叶顶泄漏流进行了深入研究．ＧＯＴＯ等［５－７］研究叶顶间隙对叶轮内泄漏流与二次流的相互作用，发现无盖板时流量－扬程曲线出现“驼峰”的临界流量更小，且“驼峰”主要由叶轮内二次流造成．同时，叶顶泄漏流与二次流的干涉作用可削弱叶轮出口的尾迹射流强度，抑制叶片吸力面上的流动分离现象．ＦＵＮＡＫＯＳＨＩ等［８］采用皮托管与压力测量装置揭示斜流泵内流场的非稳态流动特性，发现叶顶泄漏流在叶片通道内与主流卷吸导致叶顶泄漏涡，而叶片进口容易因流动分离而形成分离涡：此为泵内流动失稳的２个主要因素．不少学者基于不同湍流模型研究间隙的存在对泵性能的影响，发现泵性能随着叶顶间隙的增大而明显下降［９－１１］；叶轮出口的轴面速度由于受到叶顶泄漏涡的影响而出现强烈波动［１２－１３］．文中基于ＳＳＴｋ－ω湍流模型，分析不同叶顶间隙下泵内流动的失稳特征，揭示运行工况、间隙尺寸对间隙内压差、泄漏量以及生成泄漏涡强度的影响，进而探讨间隙流动对叶轮进口流场的影响，掌握叶顶泄漏导致斜流泵性能下降及流动失稳机理，为寻求斜流泵叶顶间隙流动主动控制方法提供指导．１　斜流泵模型与数值模拟设置１．１　斜流泵模型参数图１为所采用斜流泵的三维结构示意图．斜流泵的基本参数如下：比转数ｎｓ＝８２９，设计流量Ｑｏｐｔ＝４５５８２ｍ３／ｈ，转速ｎ＝１４５０ｒ／ｍｉｎ，叶轮叶片数Ｚ１＝４，叶轮进口直径Ｄ１＝１８０．９ｍｍ，叶轮出口直径Ｄ２＝２１５．８ｍｍ，导叶叶片数Ｚ２＝５，进口管直径Ｄ０＝２００．０ｍｍ，出口管直径Ｄ３＝２５０．０ｍｍ．图１　斜流泵计算域模型Ｆｉｇ．１　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐ１．２　网格划分文中采用六面体结构化网格对模型泵计算域进行网格划分，包括进口段、叶轮、导叶和出口段．叶轮水体采用Ｊ／Ｏ型拓扑，导叶水体采用Ｈ／Ｏ型拓扑．为准确模拟间隙流动，对叶片边界层和叶顶进行加密．根据间隙尺寸，分别在间隙内布置２５～４０个节点．图２为网格无关性验证结果，图中Ｑ为流量；Ｈ为扬程；方案Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３分别对应的网格数为５０５．６万，８１０．１万，９６３．８万．从图２中可以看到，Ｈ２，Ｈ３对应的扬程曲线吻合度较高；综合考虑数值模拟的精确性与高效性，确定采用方案Ｈ２，其网格拓扑如图３所示．各部件水体网格数为进口段１１５．６万、叶轮４１９．６万、导叶１８０．８万、出口段９４．３万．H1H2H3图２　网格无关性验证结果Ｆｉｇ．２　Ｒｅｓｕｌｔｏｆｇｒｉｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｖａｌｉｄａｔｉｏｎ７５８图３　计算域模型网格图Ｆｉｇ．３　Ｍｅｓｈｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｓ１．３　湍流模型与数值计算文中基于ＳＳＴｋ－ω湍流模型，对叶顶间隙流动进行数值模拟，其中ｋ为湍动能，输运方程为ρ （ｋ）ｔ＋ρ ｘｊ（Ｕｊｋ）＝ｘｊμ＋μｔσｋ()ｋｘｊ[]＋Ｐｋ－β′ρｋω；（１）ω为湍流耗散率，方程为（ρω）ｔ＋ｘｊ（ρＵｊω）＝ｘｊμ＋μｔσω()ω ｘｊ[]＋αωｋＰｋ－βρω２＋２（１－Ｆ１）ρ１σω２ω ｋｘｊ ω ｘｊ，（２）式中：Ｕｊ为向量速度，ｍ／ｓ；Ｐｋ为湍流生成速率；μｔ为湍流黏度，ｍ２／ｓ；１．４　边界条件设置文中边界条件采用速度进口、自由出流出口，流动在泵出口处已得到充分发展．叶轮转速ｎ＝１４５０ｒ／ｍｉｎ，转子定子动静交界面为ＦｒｏｚｅｎＲｏｔｏｒ，各过流部件壁面采用光滑无滑移壁面，计算时收敛精度为１０－５．２　试验设备与方法２．１　试验设备文中外特性试验在江苏大学不锈钢斜流泵闭式试验台上进行．图４为试验台系统，包括测试泵段、增压泵、涡轮流量计、储水罐、电动机、扭矩仪等．图４　试验台系统图Ｆｉｇ．４　Ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ２．２　外特性试验结果图５为模型泵重复性试验结果，从图中可以看出，多次重复外特性试验的曲线吻合度良好．０．６Ｑｏｐｔ～０．７Ｑｏｐｔ工况下的效率曲线存在相对明显的偏差，但在合理误差范围内，因此试验具有良好的可靠性．该泵的设计流量Ｑｏｐｔ＝４５５．８２ｍ３／ｈ，最高效率点的流量为０．９Ｑｏｐｔ，表明该泵偏小流量工况运行，此时最高效率为７５．６８％．图５　模型泵重复外特性试验结果Ｆｉｇ．５　Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ图６为叶顶间隙ｄ１＝０．２５ｍｍ时数值模拟与试验结果的外特性曲线．从图６中可以看到，扬程和效率的数值模拟结果略小于试验值．扬程曲线的最大误差出现在０．４Ｑｏｐｔ，误差为４．０％．随着流量的增大，扬程曲线的误差减小；效率曲线的误差先增大后减小，最大误差２．５％，因此文中数值模拟具有良好的预测精度．图６　数值与试验外特性结果对比Ｆｉｇ．６　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ３　不同叶顶间隙的斜流泵数值分析３．１　不同叶顶间隙下外特性对比图７为不同叶顶间隙下模型泵的外特性曲线．从图７ａ中可以看出，各间隙下泵的扬程随着流量的增大呈下降趋势．当ｄ１＝０．２５ｍｍ时，扬程曲线在０．５Ｑｏｐｔ～０．６Ｑｏｐｔ工况时下降趋势减缓．由于叶顶间隙的增大，泄漏量及泄漏损失增大，泵的扬程和效率均降低．此外，叶顶泄漏流与主流卷吸形成的叶顶泄７５９漏涡也会引起流动失稳，增加流动损失，从而导致泵的性能降低［１４－１６］．大流量工况下，叶顶间隙对泵性能的影响减弱，在１．２Ｑｏｐｔ工况时各间隙下的扬程几乎相同．流量增大后，效率曲线先上升后下降．图７ｂ显示最优工况点在０．９Ｑｏｐｔ附近，与试验结果一致，即随着间隙的增大，泵的效率降低．图７　不同叶顶间隙下模型泵的外特性曲线Ｆｉｇ．７　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅｓｏｆｐｕｍｐｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｓ　３．２　叶顶间隙区域压差分析图８为ｄ１＝０．２５，１．００，２．００ｍｍ时，在０．８Ｑｏｐｔ工况下间隙区域工作面和吸力面的延伸面的压差云图，图中ｐ为压差，ｐ＝ｐ１－ｐ２，其中ｐ１，ｐ２分别为工作面和吸力面压力，ｋＰａ；ｄ为径向位置；Ｌ为弦长系数，有Ｌ＝ｌＬ，（３）式中：ｌ为到叶片进口的弦长距离，ｍｍ；Ｌ为叶片的弦长，ｍｍ．从图８中可以看到，０．８Ｑｏｐｔ工况下，间隙区域内在叶片工作面与背面的径向延伸面上，压差在叶弦方向上呈现先增大后减小的趋势．在径向上，压差ｐ随着ｄ的增大而增大．当ｄ１＝０．２５ｍｍ时，在０．１０＜Ｌ＜０．７０范围内压差较大，其中０．２０＜Ｌ＜０．６０时压差最大．随着叶顶间隙的增大，ｐ值较大的面积有所减小．但ｄ１＝１．００，２．００ｍｍ时，弦长系数Ｌ的范围分别为０．１５＜Ｌ＜０．６５，０．４０＜Ｌ＜０．６０．同时，图８中黄色区域在ｄ方向上范围也逐渐减小．当ｄ１＝２．００ｍｍ时，压差较大区域沿着叶弦向后偏移．由此可见，驱动泄漏的压差主要集中于间隙顶部，当叶顶间隙增大时，泄漏涡起始点沿叶弦向后迁移．图８　０．８Ｑｏｐｔ下间隙内叶片延伸面压差云图Ｆｉｇ．８　Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｅｘｔｅｎｄｉｎｇｂｌａｄｅｓｕｒｆａｃｅｉｎｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅａｔ０．８Ｑｏｐｔ３．３　不同叶顶间隙下叶顶泄漏量分析在压差驱动下形成叶顶泄漏流，导致泄漏损失［１７－１９］．尤其在小流量工况下，由于泄漏角度较大，常会影响相邻叶片进口处流场［２０］．文中通过分析不同间隙下叶顶泄漏量，研究泄漏流强度对流动损失的影响．叶顶泄漏量Ｑ１为Ｑ１＝∫ＳｖｉｄＳ，（４）式中：ｖｉ为泄漏流通过特征平面的法向速度，ｍ／ｓ．单位面积泄漏量Ｑ２为Ｑ２＝Ｑ１Ａ，（５）式中：Ａ为特征平面面积，ｍ２．特征平面如图９所示，文中选取Ⅰ，Ⅱ， (Ⅶ)个特征平面研究其泄漏量．特征平面Ⅰ与平面Ｃ的夹角β＝５°，Ⅱ—Ⅶ与平面Ｃ的夹角分别为１０°，２０°，３０°，４０°，５０°，６０°．图１０为３种叶顶间隙在不同工况下的叶顶泄漏量曲线．从图１０ａ中可以看到，０．６Ｑｏｐｔ工况时各间隙下的泄漏量先增大后减小，主要原因是特征平面的面积在叶弦方向先增大后减小，同时间隙内的压差也先增大后减小，从而叶顶中部区域的泄漏量最７６０大．ｄ１＝０．２５ｍｍ间隙叶片中部间隙区域内压差高于ｄ１＝１．００，２．００ｍｍ的；而此间隙下的泄漏量则远低于ｄ１＝１．００，２．００ｍｍ的泄漏量，说明间隙的减小可有效抑制叶顶泄漏．０．８Ｑｏｐｔ，１．０Ｑｏｐｔ工况下，随着间隙的增大，叶顶泄漏量波动较大；ｄ１＝２．００ｍｍ时各特征平面上泄漏量变化更加明显，尤其是Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ这３个特征平面．图９　特征平面位置Ｆｉｇ．９　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｒｆａｃｅｓ３．４　不同间隙叶顶泄漏流旋转强度分析图１１为０．６Ｑｏｐｔ工况时不同叶顶间隙下叶顶泄漏涡及其旋涡强度Ｖｓ云图．当ｄ１＝０．２５ｍｍ时，叶片Ａ的叶顶泄漏流与通道内主流卷吸形成叶顶泄漏涡，其流经各截面时强度逐渐减弱．此时，部分泄漏流进入叶片Ｂ流道，在叶片Ｂ进口处产生扰动，诱导流动分离．当ｄ１＝１．００ｍｍ时，叶顶泄漏涡在叶片Ａ进口处形成，同时叶片通道中的泄漏流与主流干涉更加明显，进入叶片Ｂ进口的泄漏流对通道进口处流场产生强烈干扰．此时，叶片Ａ通道内泄漏涡强度明显高于小间隙时，从而流动损失增加，且对叶轮内流场稳定性产生较大干扰．当ｄ１＝２．００ｍｍ时，叶片Ａ的叶顶泄漏流特征与ｄ１＝１．００ｍｍ时相似，但此时叶顶泄漏量与泄漏涡强度有所增加，且在叶片Ｂ流道内产生涡流．图１０　不同工况下各间隙泄漏量Ｆｉｇ．１０　Ｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｅａｃｈｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｒａｔｅｓ图１１　０．６Ｑｏｐｔ工况下不同间隙尺寸的泄漏涡强度Ｆｉｇ．１１　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｉｐｌｅａｋａｇｅｖｏｒｔｅｘｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｅａｒａｎｃｅｓｉｚｅｓａｔ０．６Ｑｏｐｔ３．５　不同间隙尺寸下叶轮进口处轴面速度分布图１２，１３分别为０．４Ｑｏｐｔ，０．８Ｑｏｐｔ工况下叶片Ｂ进口处的轴面速度云图，图中θ为从叶片Ａ进口边顺时针旋转的弧度，其中叶片Ｂ进口对应于θ＝２．１ｒａｄ；ｖｍ为轴面速度，当ｖｍ＞０时则有旋涡或回流存在；Ｒ为径向系数，定义为Ｒ＝ｒ－ｒｈｒ１－ｒｈ，（６）式中：ｒ为任一点处半径，ｍｍ；ｒ１为轮缘半径，ｍｍ；ｒｈ为轮毂半径，ｍｍ．在０．４Ｑｏｐｔ工况下，ｄ１＝０ｍｍ时由于叶片吸力面进口处发生流动分离，叶轮进口轮缘处出现小面积回流．当ｄ１＝０．２５ｍｍ时，回流区面积与轴面速度有所减小；当ｄ１＝１．００，２．００ｍｍ时，回流区面积与轴面速度较ｄ１＝０ｍｍ时明显增大，且ｄ１＝１．００ｍｍ时的轴面速度略高于ｄ１＝２．００ｍｍ时．因ｄ１＝２．００ｍｍ时叶顶泄漏量迅速增加，其对叶片Ｂ进口边的轴面速度产生影响．７６１在０．８Ｑｏｐｔ工况下，由于叶轮进口冲角减小，在吸力面进口处发生的流动分离减弱，各间隙下均未发现明显回流．同时，叶顶泄漏涡与叶片夹角减小，其对叶片Ｂ流道影响也大大减弱．不同叶顶间隙下叶轮进口轴面速度呈对称分布，随着间隙的增大，轴面速度有所减小．不同于０．４Ｑｏｐｔ工况，此时轴面速度随着径向系数的增加而降低，较小的轴面速度主要分布于叶片Ｂ顶部两侧．图１２　０．４Ｑｏｐｔ工况下叶片Ｂ进口处轴面速度云图Ｆｉｇ．１２　ＭｅｒｉｄｉｏｎａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｂｌａｄｅＢｉｎｌｅｔａｔ０．４Ｑｏｐｔ图１３　０．８Ｑｏｐｔ工况下叶片Ｂ进口处轴面速度云图Ｆｉｇ．１３　ＭｅｒｉｄｉｏｎａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｂｌａｄｅＢｉｎｌｅｔａｔ０．８Ｑｏｐｔ４　结　论文中基于ＳＳＴｋ－ω湍流模型研究了不同间隙尺寸对斜流泵叶顶泄漏流的影响，并结合外特性试验验证结果的准确性．经分析讨论，得到以下结论：１）重复性试验结果吻合度较高，其偏差在合理范围内．数值计算与试验结果变化趋势一致，预测值略低于试验值．随着流量的增大，二者误差逐渐减小；在０．４Ｑｏｐｔ工况下扬程的误差最大（４．０％），但在合理范围内，验证了模拟结果的可靠性．２）不同流量工况下，斜流泵泄漏量从叶轮进口到出口呈现出先增大后减小的趋势，与间隙区域内压差变化趋势相同；从叶片进口随轮缘弦长的增大，压差先增大后减小．叶顶泄漏量随着间隙的增大而增加，导致泵的泄漏损失也逐渐增大．３）小流量工况下，由于进口冲角增大，在叶片吸力面进口处更易发生流动分离．随着叶顶间隙的增大，叶顶泄漏流与主流卷吸形成的泄漏涡强度也逐渐增大．部分泄漏流进入下一流道，导致泵的流动失稳．因而，随着间隙的增大，泵的扬程和效率逐渐降低．在斜流泵设计应用中，适当减小叶顶间隙能有效削弱叶顶泄漏涡强度，提高泵的运行稳定性．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］　关醒凡．现代泵技术手册［Ｍ］．北京：中国宇航出版社，１９９５．［２］　关醒凡．轴流泵与斜流泵［Ｍ］．北京：中国宇航出版社，２００９．［３］　马希金，张化川，惠伟安，等．核电站三级循环混流泵的三维湍流数值模拟［Ｊ］．兰州理工大学学报，２００９，３５（３）：３９－４２．ＭＡＸｉｊｉｎ，ＺＨＡＮＧＨｕａｃｈｕａｎ，ＨＵＩＷｅｉａｎ，ｅｔａｌ．Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｕｒｂｕｌｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｓｔａｇｅ７６２ｍｉｘｅｄｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｐｕｍｐｉｎｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，３５（３）：３９－４２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］　施卫东，张悦，肖宇，等．泵水力设计方法的研究现状［Ｊ］．南通大学学报（自然科学版），２０１９，１８（４）：１－７．ＳＨＩＷｅｉｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕｅ，ＸＩＡＯＹｕ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｐｕｍｐｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ｎａｔｕｒａｌｓｃｉｅｎｃｅｅｄｉｔｉｏｎ），２０１９，１８（４）：１－７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］　ＧＯＴＯＡ．Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｕｒｇｅｂｙｔｈｅａｃｔｉｖｅａｌｔｅｒａｔｉｏｎｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｌｏｗｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ，１９９４，１１６（４）：６２１－６２８．［６］　ＧＯＴＯＡ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｉｐｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗｏｎｐａｒｔｌｏａｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ，１９９２，１１４（２）：３８３－３９１．［７］　ＧＯＴＯＡ．Ｓｔｕｄｙｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｓｉｎａｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒａｔｖａｒｉｏｕｓｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｓｕｓｉｎｇｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ，１９９２，１１４（２）：３７３－３８２．［８］　ＦＵＮＡＫＯＳＨＩＨ，ＴＳＵＫＡＭＯＴＯＨ，ＭＩＹＡＺＡＫＩＫ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｕｎｓｔａｂｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐａｔｌｏｗｆｌｏｗｒａｔｅｓ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＡＳＭＥ／ＪＳＭＥ２００３４ｔｈＪｏｉｎｔＦｌｕｉｄｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００３．［９］　施卫东，张华，陈斌，等．不同叶顶间隙下的轴流泵内部流场数值计算［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０１０，２８（５）：３７４－３７７．ＳＨＩＷｅｉｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＨｕａ，ＣＨＥＮＢｉｎ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｘｉａｌｆｌｏｗｐｕｍｐｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，２８（５）：３７４－３７７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１０］　施卫东，邵佩佩，张德胜，等．轴流泵叶顶泄漏涡流体动力学特性的数值模拟［Ｊ］．农业机械学报，２０１４，４５（３）：７２－７６．ＳＨＩＷｅｉｄｏｎｇ，ＳＨＡＯＰｅｉｐｅｉ，ＺＨＡＮＧＤｅｓｈｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｉｐｌｅａｋａｇｅｖｏｒｔｅｘｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎａｘｉａｌｆｌｏｗｐｕｍｐ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＭ，２０１４，４５（３）：７２－７６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１１］　ＭＯＥＮＧＣＨ．Ａｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐｌａｎｅｔａｒｙｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｓｃｉｅｎｃｅｓ，１９８４，４１（１３）：２０５２－２０６２．　［１２］　张兆顺．湍流大涡数值模拟的理论和应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００８．［１３］　王玲玲．大涡模拟理论及其应用综述［Ｊ］．河海大学学报（自然科学版），２００４，３２（３）：２６１－２６５．ＷＡＮＧＬｉｎｇｌｉｎｇ．Ｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ｎａｔｕｒａｌｓｃｉｅｎｃｅｓ），２００４，３２（３）：２６１－２６５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１４］　ＳＭＡＧＯＲＩＮＳＫＹＪ．Ｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｉｔｈｔｈｅｐｒｉｍｉｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍｏｎｔｈｌｙｗｅａｔｈｅｒｒｅｖｉｅｗ，１９６３，９１（３）：９９－１６４．［１５］　周佩剑，王福军，姚志峰．旋转失速条件下离心泵叶轮压力脉动特性研究［Ｊ］．农业机械学报，２０１５，４６（１０）：５６－６１．ＺＨＯＵＰｅｉｊｉａｎ，ＷＡＮＧＦｕｊｕｎ，ＹＡＯＺｈｉｆｅｎｇ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒｕｎｄｅｒｒｏｔａｔｉｎｇｓｔａｌｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＭ，２０１５，４６（１０）：５６－６１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１６］　周佩剑，王福军，姚志峰．离心泵叶轮旋转失速团特性分析［Ｊ］．水利学报，２０１５，４６（９）：１１２８－１１３４．ＺＨＯＵＰｅｉｊｉａｎ，ＷＡＮＧＦｕｊｕｎ，ＹＡＯＺｈｉｆｅｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｓｔａｌｌｍａｓｓｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｉｍｐｅｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，４６（９）：１１２８－１１３４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１７］　李栋，焦予秦，ＭＥＮ′ＳＨＯＶＩ，等．Ｄｅｔａｃｈｅｄ－ＥｄｄｙＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ方法模拟不同类型翼型的失速特性［Ｊ］．航空学报，２００５，２６（４）：４０６－４１０．ＬＩＤｏｎｇ，ＪＩＡＯＹｕｑｉｎ，ＭＥＮ′ＳＨＯＶＩ，ｅｔａｌ．Ｄｅｔａｃｈｅｄｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒａｉｒｆｏｉｌｓｔａｌｌ［Ｊ］．Ａｃｔａａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｓｉｎｉｃａ，２００５，２６（４）：４０６－４１０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１８］　ＫＲＡＵＳＥＮ，Ｚ?ＨＲＩＮＧＥＲＫ，ＰＡＰＥ．Ｔｉｍｅｒｅｓｏｌｖｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｉｍａｇｉｎｇｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙｆｏｒｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｓｔａｌｌｉｎａｒａｄｉａｌｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｆｌｕｉｄｓ，２００５，３９（２）：１９２－２０１．［１９］　张华．轴流泵内部流场数值计算及实验研究［Ｄ］．镇江：江苏大学，２０１２．［２０］　安一超，张人会，李维，等．轻型化工渣浆泵叶轮轴向间隙泄漏流及磨损特性分析［Ｊ］．流体机械，２０２０，４８（１）：２１－２６．ＡＮＹｉｃｈａｏ，ＺＨＡＮＧＲｅｎｈｕｉ，ＬＩＷｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｘｉａｌｃｌｅａｒａｎｃｅｌｅａｋａｇｅｆｌｏｗａｎｄｉｔｓｅｒｏｓｉｏｎｉｎｌｉｇｈｔｃｈｅｍｉｃａｌｓｌｕｒｒｙｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｆｌｕｉｄｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２０２０，４８（１）：２１－２６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（责任编辑　顾艳）７６３。

析潜水轴流泵维修成本分析

ＳｈｉＷｅｉｄｏｎｉＴｏｎｔｏｎｈａｎＤｅｓｈｅｎｉＨｕｉｇＬｇｇＺｇｇＬ
（，ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒＥｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｇｇｙ，）ＪｉａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔＺｈｅｎｉａｎ２１２０１３，ＪｉａｎｓｕＣｈｉｎａｇｙｊｇｇ
ｕｍｓＥｆｆｅｃｔｏｆｔｉｃｌｅａｒａｎｃｅｏｎｔｈｅｃａｖｉｔａｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｘｉａｌｆｌｏｗｐｐｐ
Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．４ｒ．０１３Ａ２ｐ
不同叶顶间隙对轴流泵空化性能及流场的影响
施卫东李通通张德胜李辉
（）江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３
摘要通过对南水北调工程等比例缩放模型泵进行全流道数值分析和试验研究，对模型泵在３个典型流量工况下的空化计算进行适应性研究，探究叶轮区域的空化发展特性，并对不同叶顶间隙δ（０．５，１．５和３．０ｍｍ）下的轴流泵空化特性进行对比分析，比较叶顶间隙大小对轴流泵空化性能和流场的影响．结果表明：随着空化数的降低，空化首先在叶片进口边间隙区附近发生，逐渐往叶片出口边扩大，同时沿径向往叶片背面扩大最终引起叶片出口靠近叶顶间隙１随着叶顶间隙的增大，模型泵的覆盖整个叶片，０％区域的轴向速度逐渐降低；临界空化数增大，叶片轮缘处空化逐渐严重且由叶片前端往尾部移动，叶片出口轴向速度低速区主要集中在揭示了这一过程不同叶顶间隙轴流泵内部空化特性．靠近间隙１０％区域处，关键词轴流泵；间隙空化；叶顶间隙；流场结构；空化特性；数值模拟（）中图分类号ＴＨ３１１文献标志码Ａ文章编号１６７１４５１２２０１３０４００２１０５－－－

叶顶间隙对离心泵气液两相流特性及空化特性影响的研究

叶顶间隙对离心泵气液两相流特性及空化特性影响的研究叶顶间隙对离心泵气液两相流特性及空化特性影响的研究引言：离心泵是一种常见的流体输送设备，广泛应用于工业生产中。

在某些特定的工况下，离心泵会出现气液两相流现象，而这种现象会对泵的性能造成一定的影响。

同时，泵的叶顶间隙也是影响离心泵性能的重要因素之一。

因此，对离心泵叶顶间隙对气液两相流特性及空化特性的影响进行深入研究，对于提高离心泵的性能、延长其使用寿命具有重要意义。

一、离心泵气液两相流特性的影响1.1 气液两相流现象当离心泵在工作过程中，由于工况变化或介质性质改变，会使得泵入口处出现气泡，形成气液两相流。

气液两相流相对于单相流而言，具有更为复杂的特性，其中包括气液混合比例、气泡尺寸及分布、气泡运动速度等参数都会对泵的性能产生影响。

1.2 气液两相流对泵性能的影响气液两相流的存在会引发离心泵的一系列问题，如泵流量下降、扬程损失、振动增加等。

气液两相流在泵内会形成气泡聚集，增加了泵的摩擦阻力和流通阻力，从而降低了泵的流量。

同时，气液两相流还会增加泵腔内部的动态压力，并增加泵的振动，使得泵的工作状况不稳定。

二、离心泵叶顶间隙对气液两相流特性的影响2.1 叶顶间隙的定义及作用离心泵叶顶间隙指的是泵叶片与泵腔壁的距离，它的大小会影响泵的性能。

当叶顶间隙过大时，容易引起回流现象，产生涡流和较大的漏损；而叶顶间隙过小时，会使得泵内部难以正常流通，增加泵的摩擦阻力。

因此，合理控制叶顶间隙对于离心泵的稳定运行十分重要。

2.2 叶顶间隙对气液两相流特性的影响叶顶间隙的大小会直接影响气液两相流现象的发生与发展。

较大的叶顶间隙能够提供更大的泵腔容积，能够更好地容纳气泡的产生与聚集，减小气液两相流对离心泵性能的影响。

而较小的叶顶间隙则会使得气泡难以正常流通，增加气液两相流对泵的阻力，从而影响泵的流量和扬程。

2.3 叶顶间隙对空化特性的影响叶顶间隙的大小还会影响泵的空化特性。

叶顶形状对轴流泵空化性能的影响_施卫东吴苏青张德胜姚捷程成

农引言
业
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械
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1.4
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出口
d2
在轴流泵中，叶片轮缘与端壁的相对运动以及叶顶间隙前后压差作用产生了叶顶泄漏流，其与叶片吸力面的主流相交形成叶顶泄漏涡（Tip Leakage Vortex， TLV）。泄漏涡是导致轴流泵叶顶空化的重要原因[1-2]。 1954 年，Rain[3]建立了间隙流动模型，该模型可估算出泄漏流在吸力面顶部出口的流速，并能分析由于泄漏流引起的转轮效率变化，但不能计算流场的微观流动结构。H Wu，Miorini R 等 [4-6]用丙烯酸材料做成全透明泵段，碘化钠溶液作为工作介质，利用 PIV 技术清晰地观测了叶片间隙区域的空化现象，发现了空化随着泄漏流发展的变化规律。李忠[7-8]运用高速摄影研究了某比转速轴流泵的间隙空化特性，捕捉到空化发生位置和空泡团形态随空化程度变化的演变过程。吴光焱，杨敏官等[9]基于完整空化模型和混合流体两相流模型，模拟了轴流泵叶轮内空化流动，并用高速摄像机对叶轮内的空化流进行了拍摄，试验结果与数值模拟结果得到较好的吻合。为了降低叶顶间隙空化，国内外学者对涡轮叶栅的叶顶形状已有广泛的研究[10-11]，轴流泵叶顶区流场的研究已取得了一定的研究进展 [12-14] ，而关于叶顶形状的研究却只有在透平机械中有所涉及[15-20.]。为了研究轴流泵内不同叶顶形状对间隙泄漏流和空化性能的影响，本文以南水北调同台试验模型（编号 TJ-ZL-02）的等比例缩放泵作为研究对象，以试验结果验证为前提，通过数值计算的手段，分析比较 4 种方案叶顶形状下(平面叶顶、倒圆叶顶、斜切叶顶以及倒圆斜切叶顶)轴流泵的泄漏涡特性和空化性能。
图 4 高速摄影试验台 Fig.4 High-speed photograph test a 补光灯 b 透明模型泵 c 速摄影机

叶顶间隙及导叶对轴流泵反转作液力透平性能的影响研究

叶顶间隙及导叶对轴流泵反转作液力透平性能的影响研究叶顶间隙及导叶对轴流泵反转作液力透平性能的影响研究引言：轴流泵作为一种常见的液力机械设备，广泛应用于工农业生产和城市供水系统中。

然而，在一些特定情况下，轴流泵可能会发生反转作用，使得原本应供液的泵变成液力透平，同时泵的性能会受到影响。

本文旨在研究叶顶间隙及导叶对轴流泵反转作液力透平性能的影响，并为轴流泵的设计和优化提供指导。

一、轴流泵的工作原理轴流泵是一种能够通过动能转化实现液体运输的机械设备。

它由叶轮、导叶和泵壳等组成。

当电动机带动叶轮旋转时，叶轮叶片将液体加速并转化成动能，使液体产生压力并沿轴向运动。

泵壳和导叶的作用是引导液体流动并改变其流动方向，从而提高泵的效率。

二、轴流泵反转作液力透平的原因在某些情况下，由于泵口处液体流动速度过高或系统回水压力过大，轴流泵叶轮受到反向作用力的影响会导致泵的反转。

此时，原本应供液的泵会变成流向与预期相反的液力透平，在透平状态下，轴流泵的性能会受到影响。

三、叶顶间隙对轴流泵反转作液力透平性能的影响叶顶间隙是指叶轮叶片顶部与泵壳之间的垂直距离。

研究发现，叶顶间隙的改变会对轴流泵的反转作液力透平性能产生显著影响。

较小的叶顶间隙会导致液体从叶顶溢出，减小透平过程中的液体能量损失，提高轴流泵的效率。

然而，过小的叶顶间隙容易引起叶轮与泵壳的接触，增加机械损耗并可能导致叶轮损坏。

因此，在轴流泵设计和优化过程中，需要综合考虑叶顶间隙的大小。

四、导叶对轴流泵反转作液力透平性能的影响导叶是调节液体流动方向和提高泵效率的重要组成部分。

研究表明，导叶的设计和布置对轴流泵的性能具有重要影响。

在轴流泵反转作液力透平时，导叶能够减小透平过程中的涡流损失，从而提高透平效率。

合理设计的导叶能够在没有压力损失的情况下获得最佳泵效。

五、优化轴流泵设计的建议为了优化轴流泵的设计并提高其反转作液力透平性能，以下几点建议值得注意：1. 合理选择叶顶间隙：在设计轴流泵时，需要综合考虑液体流动和机械损耗的平衡点，选择合适的叶顶间隙。

叶顶间隙对喷水推进轴流泵空化性能影响

⑥
２０１６Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．
叶顶间隙对喷水推进轴流泵空化性能影响
韩吉昂李普泽钟兢军
（大连海事大学轮机工程学院，大连１１６０２６）
摘
要采用标准一ｓ湍流模型和Ｍｉｘｔｕｒｅ多相流模型对喷水推进轴流泵五种不同叶顶间隙下的流场进行数值模拟；并对其
力机械的空化特性进行数值预测都表现出了较好的可行性。杨琼方等采用Ｓａｕｅｒ空化模型对
ＮＳＲＤＣ４３８１桨的叶背和叶面片空化初生、梢涡空化初生和空化斗底线特征进行了模拟、校验和分析。
第１６卷
第３３期
２０１６年１１月
科
字
技
术
与
工
程
Ｖｏｌ＿１６Ｎｏ．３３ＮＯＶ．２０１６
１６７１ — １８１５（２０１６）３３ — ０１３０ — ０７
ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉ。当有叶顶间隙存在时，在叶
片正背面压差的作用下，喷水推进轴流泵叶轮叶顶间隙区存在泄漏流动，导致泵能量性能下降，而泄漏
流涡核处的压力较低，易诱导空化发生，因此对于叶
＝
动的发展情况。张德胜等对陆用轴流泵动叶叶顶间隙流动及空化特性分析进行数值研究，基于完

叶顶间隙对轴流泵内部流动及空化性能的影响研究

叶顶间隙对轴流泵内部流动及空化性能的影响研究叶顶间隙对轴流泵内部流动及空化性能的影响研究摘要：轴流泵作为一种重要的水泵设备，在工业生产和农业灌溉中广泛应用。

叶顶间隙是轴流泵内部的关键参数之一，会对其内部流动和空化性能产生重要影响。

本文通过实验和数值模拟相结合的方法，研究了叶顶间隙对轴流泵内部流动及空化性能的影响。

研究结果表明，合适的叶顶间隙能够提高轴流泵的效率和稳定性，减少空化现象的发生。

这对于优化轴流泵的设计和运行具有重要意义。

一、引言轴流泵是一种通过叶轮将流体沿轴向输送的水泵，其流量和扬程都比较大。

在各种工业生产和农业灌溉中广泛应用。

叶轮是轴流泵内部最重要的部件之一，其几何形状和工艺制造精度对泵的性能有着重要影响。

其中，叶顶间隙是叶轮的一个重要参数，影响着轴流泵的内部流动特性和空化性能。

二、实验方法本次实验采用了自行搭建的轴流泵试验台，通过调整叶顶间隙的大小来研究其对泵内部流动和空化性能的影响。

实验中，我们分别设置了不同的叶顶间隙值，并测量了轴流泵的效率、压力特性和流量特性。

同时，采用高速摄影技术对泵叶轮内部流动进行拍摄和分析。

三、结果与讨论实验结果显示，叶顶间隙的大小对轴流泵的性能有着显著影响。

当叶顶间隙过大时，泵的效率较低，流量特性曲线较平缓；当叶顶间隙过小时，泵容易发生空化现象，效率下降明显。

而当叶顶间隙在一个适当范围内时，泵的效率和稳定性得到了提高，空化现象减少。

这是因为适当的叶顶间隙能够减小叶轮与壳体之间的摩擦损失，并提高泵的密封性能。

通过高速摄影的分析发现，在适当的叶顶间隙下，轴流泵内部的流动状态更加稳定，流速分布更加均匀。

而在叶顶间隙过小或过大的情况下，泵内部的流动状态不稳定，容易出现涡流和漩涡现象，导致泵的效率下降。

另外，适当的叶顶间隙还能够减小叶轮叶片与固壁之间的间隙流现象，减少空化的产生。

四、结论本研究通过实验和数值模拟相结合的方法，研究了叶顶间隙对轴流泵内部流动及空化性能的影响。

水泵空化数值模拟研究进展

水泵空化数值模拟研究进展曹玉良;贺国;明廷锋;苏永生;王小川【摘要】空化会导致水泵性能下降和寿命缩短.水泵空化的数值模拟是当前研究的热点之一.文中对空化数值模拟的方法进行了总结和分类,对Singhal,Zwart-Gerber-Belamri,Schnerr-Sauer和Kunz 4种空化模型,以及标准k-ε,RNGk-e和SST 3种湍流模型在水泵空化数值模拟中的应用情况进行了分析,对当前空化研究中的修正方法进行了简介,分析了当前空化数值模拟存在误差的主要原因.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2016(040)001【总页数】6页(P55-59,65)【关键词】水泵;数值模拟;空化模型;湍流模型【作者】曹玉良;贺国;明廷锋;苏永生;王小川【作者单位】舰船动力工程军队重点实验室武汉430033;海军工程大学动力工程学院武汉430033;舰船动力工程军队重点实验室武汉430033;海军工程大学管理工程系武汉430033;舰船动力工程军队重点实验室武汉430033;海军工程大学动力工程学院武汉430033;舰船动力工程军队重点实验室武汉430033;海军工程大学动力工程学院武汉430033;舰船动力工程军队重点实验室武汉430033;海军工程大学动力工程学院武汉430033【正文语种】中文【中图分类】O427.4曹玉良(1988- )：男，博士，主要研究领域为空化的数值模拟及空化信号检测*国家自然科学基金青年基金项目(批准号：51306205)、湖北省自然科学基金项目(批准号：2015CFB700)资助空化是自然界普遍存在的现象，是由于水体内压力过低而造成的.当水体内某点的压力低于该温度下水的汽化压力时，水体在该处就开始汽化，产生大量的气泡，当气泡流动到高压处时就会溃灭，并产生很大的瞬时压强.当大量的空泡在固体表面溃灭时，由于空泡溃灭所产生的高压就会反复地冲击固体壁面，从而对固体壁面造成破坏，这种现象称为空蚀.空化与空蚀是水泵在运行中常常遇到的问题，空化会使泵的扬程下降、效率降低，引起水泵的振动和噪声，并造成过流部件的腐蚀和破坏.由于水泵空化实验非常复杂、费用高昂，并且有很多细节无法观测，而计算机科学和计算流体力学的发展，使数值模拟成为空化研究的重要方法.目前，空化的数值模拟大多是基于N-S方程而进行的，利用N-S方程进行空化的数值模拟，可以考虑液体粘性、表面张力和不可凝结汽核等因素对空泡形成、发展和溃灭的影响.经过近30年的发展，基于N-S方程的空化数值模拟方法又衍生了很多子类，主要可分为界面追踪法和界面捕获法.界面追踪法认为气液两相具有明确的分界面，界面上压力恒等于饱和蒸气压，预先给定空泡面的形状和位置，通过空泡面的动力学条件，通过迭代计算最终确定气相和液相的界面.界面捕获法又可以分为两相流模拟方法和均相流模拟方法.对空化的两相流模拟方法常被称为两相流模型，运用两相流模型对空化进行数值模拟时，气体和液体都有自己的控制方程，通过建立气体和液体之间质量、动量和能量的交换方程，对两组方程进行耦合求解.虽然两相流模型更接近实际，但是由于其计算量非常大，目前仅有少数学者运用这种方法对空化进行研究[1].均相流模拟方法(均相流模型)认为气体与液体达到了动力平衡和热平衡，把气体和液体作为统一的可压流体进行研究，运用一组控制方程对气液的混合流体进行求解，是目前应用最为广泛的空化模型.根据气体和液体间质量传输控制方程的不同，均相流模型又可以分为基于状态方程的空化模型和基于输运方程的空化模型.基于状态方程的空化模型由Delannoy[2]提出，其认为流体是正压流体，流体密度是压力的单值函数，其具有计算速度快、收敛性好的特点.王巍等[3]运用基于状态方程的空化模型对NACA66翼型的空化流场进行了数值模拟，得到的压力系数与实验值符合良好，但其用该模型对混流泵的空化性能进行模拟时，得到的空化性能曲线下降很陡，且计算结果未得到实验验证.由于基于状态方程的空化模型中“流体密度-压力”函数过于依赖个人经验，且不能很好地捕捉空化旋涡流动特性，目前仅有少数学者采用状态方程对水泵的空化进行研究[4].目前被广大学者所熟悉的几种空化模型都是基于输运方程的，如Singhal空化模型[5]、Zwart-Gerber-Belamri空化模型[6]、Schnerr-Sauer空化模型[7]和Kunz空化模型[8]等.目前被广泛应用的大部分都是基于输运方程的均相流空化模型，如Singhal空化模型、Zwart-Gerber-Belamri空化模型、Schnerr-Sauer空化模型和Kunz空化模型等.2.1 Singhal空化模型Singhal等基于Rayleigh-Plesset方程推导出了Full Cavitation Model，考虑了水中不可凝结汽核、相变率和湍流脉动压力等对空化的作用，适合复杂空化流的计算，且数值稳定性、收敛性较好.该空化模型在国内得到了广泛的应用，常被称为全空化模型、Singhal空化模型等.甘加业等运用全空化模型对混流泵叶轮内的空化流动进行了数值模拟，预测了叶片上空化发生的区域、空化流动的发展情况和混流泵的扬程衰减曲线[9]；张文军[10]运用Fluent软件及Singhal模型对离心泵叶轮通道内的空化进行了预测，得到了空化流场的压力分布、空泡体积分数等；刘宜等[11]运用Fluent软件及Singhal空化模型预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度.然而上述几项研究中关于水泵空化的分析都没有实验验证.李文广[12]采用全空化模型计算了离心泵的“扬程-汽蚀余量”曲线，虽然趋势与实验结果一致，但是误差较大.张玉[13]利用全空化模型对高温高压的核主泵进行了数值分析，得出了空化的临界压力和临界温度.2.2 Zwart空化模型由于Zwart-Gerber-Belamri空化模型(简称Zwart模型)集成在CFX计算软件中，在水泵空化模拟时Zwart模型得到了越来越广泛的应用.Zwart模型也是基于Rayleigh-Plesset方程推导出的.王涛[14]利用CFX软件及Zwart模型对轴流泵的空化进行了模拟，计算了“扬程-进口总压”曲线和“泵效率-进口总压”曲线，但趋势与实验结果存在一定差别.常书平等[15]运用CFX软件和Zwart空化模型对一型喷水推进混流泵进行了数值模拟，计算了混流泵的“扬程-汽蚀余量”曲线，并对不同空化情况下叶轮内空泡体积分布做了对比分析，但是没有空化实验数据.赵宇等[16]采用FBM湍流模型和Zwart空化模，对一型单级轴流泵和一型串列泵空化特性进行了数值分析，计算得出的单级轴流泵空化特性曲线与实验结果吻合良好.赖喜德等[17]对一低比转速离心泵的空化余量进行了数值模拟，计算结果与实验误差小于10%.张德胜等[18]利用Zwart空化模型，通过对空化压力和湍流粘度的修正，使得计算得出的轴流泵的必需汽蚀余量与实验结果误差较小；此外，其还对某型轴流泵叶顶区的空化流场进行数值模拟，分析了叶片截面空穴分布和压力场的关系，并采用高速摄影技术对数值模拟结果进行了对比分析.2.3 Schnerr-Sauer空化模型Schnerr-Sauer空化模型将气泡数密度与气相体积分数耦合在一起对输运方程进行求解.刘厚林等[19]通过二次开发把Schnerr-Sauer模型和Kunz模型添加到CFX中，对比分析了Schnerr-Sauer模型、Zwart模型和Kunz模型在离心泵空化数值模拟中的适用性，发现Schnerr-Sauer模型的计算结果不如另外两种空化模型好.曹东刚等[20]基于ANSYS平台，采用Singhal模型、Zwart模型和Schnerr-Sauer 模型对以煤油为介质的文丘里管进行了数值模拟，讨论了3种计算模型的计算精度，发现Zwart模型计算精度较高，收敛速度较快.薛瑞等[21]运用Zwart、Schnerr-Sauer 及Singhal空化模型对方头体上空化流动现象进行了预测和对比分析，发现Schnerr-Sauer模型得到的壁面压力系数分布和实验值最为接近.虽然Schnerr-Sauer空化模型在水泵的空化数值模拟中应用不多，但是其常被用于螺旋桨的空化研究.2.4 Kunz空化模型与前面3种空化模型不同，Kunz空化模型运用2种不同的方法分别推导得出空化和凝结控制方程，其控制方程的具体形式为：该模型常被用于螺旋桨和水翼空化的研究[22]，但也有少数学者运用该模型对离心泵的空化性能进行模拟.目前国内大部分学者对水泵进行数值模拟都采用的是基于输运方程的均相流空化模型，其中Singhal空化模型和Zwart空化模型应用最为广泛，不少学者运用这2种空化模型对离心泵、轴流泵的“扬程-汽蚀余量”曲线进行数值计算，大部分的计算结果都与实验结果趋势一致，但是仍有不少研究对临界汽蚀余量的计算误差较大.部分学者通过考虑湍流脉动压力、修正湍流粘度等方面对空化模型进行了改进，使得计算精度得到了提高，部分计算得出的临界汽蚀余量与实验结果差别接近5%.对于泵内压力分布、气泡状态及分布等微观特性，由于实验及观测难度大，只有少数学者将计算结果与实验结果进行了对比，并且存在一定的差别.此外，在运用Singhal空化模型和Zwart空化模型对水泵空化进行模拟时，很多研究都存在着计算误差随流量变化而变化的情况.对于空化的数值模拟，除了要选择合适的空化模型，还要选择合适的湍流模型.目前国内学者对水泵空化进行数值模拟时常用的湍流模型主要有：标准k-ε模型、RNG k-ε模型和SST k-ε模型.杨敏官等[23]采用标准k-ε模型和Singhal空化模型对一型比转数为130的离心泵进行了定常及非定常空化数值模拟，分析了叶轮内空化的发生区域和压力脉动，发现随着空化的发展，叶轮内压力脉动的幅值逐渐增加，却没有实验数据与之对比验证.RNG k-ε湍流模型及其修正模型在空化数值模拟有着较广泛的应用.刘宜等[24]采用RNG k-ε模型和Singhal空化模型对一离心泵在设计工况下的空化情况进行了数值模拟，预测了叶片容易发生空蚀的位置，但是上述研究未与空化实验进行对比验证.姬凯[25]以文丘里管为模型，对比分析了标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型、Realizable k-ε湍流模型和SST k-ε湍流模型的适用性，发现RNG k-ε湍流模型的计算结果与高速摄像记录的实验数据更加一致，并采用RNG k-ε湍流模型对一型轴流泵的汽蚀性能曲线进行了计算，在80%设计流量时计算结果与实验值吻合较好.张博等[26]利用修正的RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型模拟了绕水翼的云状空化流动，发现修正后的湍流模型能够更准确的捕捉云状空穴形状和空泡脱落；此外，黄彪等运用基于RNG k-ε模型的FBM湍流模型对对绕Clark-y翼型的云状空化流动进行了模拟，研究表明采用FBM湍流模型能够较准确的模拟云状空化形态.也有不少学者运用SST湍流模型对水泵的敞水性能和空化性能进行了预测和分析[28].此外，其还利用SST湍流模型对涡轮泵在不同装置汽蚀余量时叶片表面的空泡分布进行了数值模拟[29-30].为了提高空化数值计算的精度，部分学者提出了空化数值模拟的改进和修正方法，主要有以下几个方面的改进：(1)湍流粘度的修正；(2)空化系数和凝结系数的修正；(3)考虑湍流脉动压力的影响；(4)最大水汽密度比的修正，五是考虑叶顶间隙的影响.在空化流中，存在着汽体和液体2种组分，由于汽体的存在，使得最初仅适用于单相流的湍流模型容易对湍流粘度过度预测，为了提高计算精度，很多学者都对湍流粘度进行了修正.目前对于湍流粘度的修正主要有2种方式，都借鉴参考了文献[21].第一种湍流粘度修正的公式为目前已有多位学者运用这种修正方法计算水泵的空化性能，如文献[19]等.第二种湍流粘度修正公式为这种修正方法容易使计算结果发散，目前应用还较少，文献[28]运用该修正方法较准确的预测了轴流泵的临界汽蚀余量.无论是Singhal模型还是Zwart模型，在描述气泡的蒸发和凝结时都有自己独立的经验系数.王柏秋等[32]针对空化模型中相变系数固定不变的情况，提出相变系数要随着外部条件的改变而改变，并通过对半球头圆柱体进行数值模拟对其推测进行了验证，但是其未能提出随着外界条件的改变空化系数改变的方法.刘艳等[33]分别运用Singhal模型和Zwart模型对二维水翼进行了研究，发现Zwart模型中空化和凝结系数对计算结果有较大影响，通过对空化和凝结经验系数的调节，最终都得出了较满意的结果.Mitja Morgut等[34]在运用Zwart，Singal和Kunz 3种空化模型对水翼空化进行数值模拟时，对3个模型中的空化和凝结系数进行了研究，得出了3种模型对水翼空化进行模拟时的最佳的相变系数.目前还较少有人研究在水泵空化模拟时相变系数的问题.很多研究和实验都表明压力脉动对空化流动有重要的影响[35]，Singhal等[36]提出用密度函数去考虑脉动压力的影响，将脉动压力对空化流动的影响简化为对空化压力的影响，并获得了较满意的结果.考虑压力脉动后，空化压力的表达式为：式中：pturb为脉动压力；ρm为混合密度；k为湍动能.国内不少学者，如前文提到过的曹树良、张德胜等在进行水泵的空化模拟时，都运用上述方法考虑了脉动压力对空化的影响，并且都获得了较为满意的结果.在CFX软件中，最大水汽密度比的默认值为1 000，施卫东等在文献[37]中指出该默认值偏小，影响了空化和凝结过程中的质量传输速率，与默认值相比，采用真实的水汽密度比计算得到的临界汽蚀余量与实验值更为接近.施卫东等[38]还分析了叶顶间隙大小对轴流泵空化特性的影响，其指出随着叶顶间隙的增大，轴流泵必须汽蚀余量也越大.张德胜等[39]对轴流在小流量工况下叶顶间隙泄漏空化进行了数值模拟，并与高速摄影结果进行对比，其研究表明，空化首先在叶顶间隙内出现，随着空化数的降低，叶顶泄漏导致空泡急剧增加，并在叶片尾部溃灭.当前的很多研究表明，对于水泵空化时的宏观特性，如扬程-汽蚀余量曲线、临界汽蚀余量、叶片空泡分布等，运用基于Rayleigh-Plesset方程的空化模型(如Singhal模型、Zwart模型等)进行研究都存在一定的误差.Singhal空化模型和Zwart空化模型，都使用的是简化了的Rayleigh-Plesset方程，忽略了表面张力、粘性以及二阶时间倒数的影响，这是导致空化数值模拟产生误差的一个重要原因.此外，Rayleigh-Plesset方程是基于单个空泡推导出来的，若将Rayleigh-Plesset方程应用在泵内剧烈空化流动的数值模拟中，还需要进行深入研究.目前国内多数研究人员都是运用均相流模型去研究水泵的空化，并从多方面对均相流空化模型提出了改进方法，然而尚未得到较好地解决水泵空化计算误差较大的方法.【相关文献】[1]白泽宇,王国玉,黄彪.非均相流模型在非定常空化流动计算中的应用及评价[J].船舶力学,2013,17(11)：1221-1228.[2]DELANNOY Y, KUENY J L. 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某型压气机叶顶间隙对气动性能影响的数值研究

．
【ｅｏｄ］ｏｐｅｏＴｐｅａ；ｕｅｉｌｉｕａｏ；ｅｄｎｍｃｅｏａｃＫｙｒＣｍｒｓｒｉｌｇＮｍｒａｓｌｉＡｒｙａｉｐｒｒｎｅｗｓｓ；ａｅｋｃｍｔｎｏｆｍ０引言．２３可以明显的看出动叶顶部间隙大小的变化并没有造成动叶的效、叶顶间隙流动对压气机的气动性能影响重大＿国内外学者率沿叶片展向的分布发生很大的变化．ｌｌ间隙变化前后具有相同的分布针对叶顶间隙对压气机总体性能及间隙流动的特性与机理开展了规律。但是在动叶上端壁处由于动叶顶部间隙增大而造成了间隙内的进０的５深入研究，出了许多损失模型．提获得了比较满意的结果［。国外泄漏流动增强．而引起动叶近上端壁处的效率减小。在Ｒ７９％３Ｉ间隙增大造成的效率减小较为明显．大减小了最的学者Ｊｆｒｎ和Ｗｅｂｒ通过实验结合数值模拟．细致研究了以上的叶高范围内．ｅｅｏｆｓｌｏｌｎ叶顶间隙对低速多级轴流压气机整体性能的影响．结果表明在多３４－个百分点：Ｒ８而０的上端壁，由于间隙增大造成的效率减小也很最大约减小１２个百分点 — 级低速轴流压气机中，顶部间隙与叶高之比每增加１效率下降明显。％．＿６ｍＩ∞ ｅａｃｌＬＩＪ
ｃｐａｉｔｎｅｄｌ．ｅｆｏｒｔｎｔｅｍｉｄｅｐｒｏｈａｅｄｓｉｃｅｓｓｕｈｒｓｕｅｒｔｏａｄｅｃｅｃｅｒａｅｉｖｒｔｇａｂｌｙｉｎｗａ１Ｔｈｌｗａｅｉｈｄｌａｔｆｔｅｃａｅｎｒａｅ。ｂｔｅｐｅｓｒａｉｆｉｎｙｄｃｅｎｅｅｙｓａｅｉｓｔｎｉｓ

叶顶间隙对斜流泵叶轮内部空化流动的影响

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｂｌａｄｅｔｉｐｃｌｅａｒａｎｃｅｏｎｃａｖｉｔａｔｉｎｇｆｌｏｗｉｎｍｉｘｅｄｆｌｏｗｐｕｍｐ
ＬＩＹｉｂｉｎ，ＨＥＨｕｉ，ＦＡＮＺｈａｏｊｉｎｇ，ＬＩＪｉａｎｚｈｏｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）
２０２０年３月第３８卷第３期Ｍａｒ．２０２０Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．３
Байду номын сангаас
叶顶间隙对斜流泵叶轮内部空化流动的影响
黎义斌，何慧，范兆京，李建忠
（兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州７３００５０）
黎义斌
摘要：为了研究不同叶顶间隙值对斜流泵叶轮内部空泡稳定性的影响，获得叶顶间隙的最佳范围，基于标准ＳＳＴｋ－ω湍流模型和均相流模型对斜流泵内部空化流动进行了数值模拟．结果表明：叶顶间隙对斜流泵叶轮内部空化性能有显著影响，小流量工况下随着叶顶间隙的增大，叶顶泄漏涡的湍流尺度和强度逐渐增加，临界空化数随着叶顶间隙的增大而逐渐减小；当临界空化数为０．３５７时，较大的叶顶间隙可以抑制叶片表面的初生空化；当叶片发生严重空化时（σ＝０１２３），较小的叶顶间隙抑制叶片表面产生大尺度空泡；当叶顶间隙较小时，空泡团稳定附着在吸力面；随着叶顶间隙的增大，空泡脱落区向主流移动并聚集在叶片吸力面中部，空化体积分数逐渐增大．关键词：斜流泵；叶顶间隙；临界空化数；叶片载荷分布；空化中图分类号：Ｓ２７７．９；ＴＨ３１１文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－８５３０（２０２０）０３－０２２４－０６Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．１８．０２２１

叶片开孔对轴流泵空化性能影响的研究

叶片开孔对轴流泵空化性能影响的研究叶片开孔对轴流泵空化性能影响的研究摘要：本文旨在研究叶片开孔对轴流泵空化性能的影响。

通过建立数值模型，分析了不同开孔率对泵腔内流场和气液两相流特性的影响。

研究结果表明，叶片开孔可以有效降低轴流泵的空化现象，提高泵的工作效率。

1. 引言轴流泵作为一种常用的流体输送设备，广泛应用于能源、化工、农业等领域。

然而，在一些特殊工况下，如低压、高速和高温等条件下，轴流泵容易出现空化现象，降低了其工作效率。

2. 空化现象空化是指液体中气体形成气泡并随流体传输的过程。

在轴流泵中，高速液体会在叶片表面形成低压区域，当液体中溶解的气体达到饱和浓度时，气泡就开始形成并随流体传输，从而导致空化现象的产生。

3. 数值模型本研究基于流体力学理论，建立了包含轴流泵和液体中气体两相流的数值模型。

模型中考虑了叶片表面的开孔，并通过改变开孔率进行对比分析。

4. 模拟结果通过模拟，我们得出了以下结论：首先，叶片开孔可以有效改善泵腔内的流动状态，减少低压区域的形成；其次，开孔率的增加可以显著减少气泡在泵腔内的生成数量和大小，降低空化现象的发生；最后，适当的开孔率可以提高轴流泵的工作效率。

5. 影响机制叶片开孔对轴流泵空化性能的改善可以归因于以下几个方面：首先，开孔使得液体与气体之间的界面面积增大，促使气泡更快地被液体吸收；其次，开孔可以降低叶片表面的低压区域，减少气泡的形成；最后，开孔可以增加液体的流动路径，从而加速气体排出。

6. 实验验证为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了实验验证。

实验结果与数值模拟结果相吻合，验证了叶片开孔可以有效改善轴流泵的空化性能。

7. 结论本研究通过数值模拟和实验验证，探究了叶片开孔对轴流泵空化性能的影响。

研究发现，适当的开孔率可以有效降低轴流泵的空化现象，并提高其工作效率。

这一研究对于轴流泵的优化设计和工程应用具有重要意义。

鉴于篇幅限制，本文无法详尽阐述实验细节和数值模拟方法。

轴流泵叶顶泄漏涡形成演化机理与涡空化分析

农业机械学报第52卷第2期2021年2月doi：10.6041/j.issn.1000-1298.2021.02.014轴流泵叶顶泄漏涡形成演化机理与涡空化分析张虎1,2左逢源2张德胜1施卫东3(1.江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013;2.无锡职业技术学院机械技术学院，无锡214121;3.南通大学机械工程学院，南通226019)摘要：为了掌握轴流泵叶顶泄漏涡(TLV)的形成演化机理，评估涡形成空化条件和间隙宽度的影响，进行了轴流泵间隙泄漏流动实验和数值计算分析。

通过流线涡量云图三维可视化分析，得到间隙流动特征及其涡结构,并比较分析涡初生时吸力面的速度流线、涡量和湍动能。

对比了不同截面的物理量分布，并对不同空化条件下空化发展与TLV涡强度之间的关系进行了分析。

研究表明:泄漏剪切带是形成TLV的主要区域，该区域的湍动能和涡量均较大，轴向主流与间隙射流形成对流，促进了涡的生成和发展,大间隙下的泄漏流速、涡强度与涡尺度更大;TLV核心区涡旋来自剪切带形成的剪切涡和周向的来流涡。

在大空化数下，涡与空化分布基本一致，涡强度与空化正相关,叶顶涡空化在大间隙时延伸更远。

在小空化数下，涡与空化位置不完全重合，空化形成所需要的涡强度较低，易扩展形成片状空化，间隙宽度对空化的影响较小。

关键词：轴流泵；间隙宽度；叶顶泄漏涡；涡强度；泄漏剪切带；空化中图分类号：TH312文献标识码：A文章编号：1000-1298(2021)02-0157-11OSID：fFormation and Evolution Mechanism of Tip Leakage Vortexin Axial Flow Pump and Vortex Cavitation AnalysisZHANG Hu1'2ZUO Fengyuan2ZHANG Desheng1SHI Weidong3（1.Research Center of Fluid Machinery Engineering and Technology,Jiangsu University,Zhenjiang212013,China2.School of Mechanical Technology,Wuxi Institute of Technology,Wuxi214121,China3.School of Mechanical Engineering,Nantong University,Nantong226019,China）Abstract:In order to grasp the formation and evolution mechanism of the tip leakage vortex of axial flow pump,and evaluate the influence of the cavitation condition of vortex formation and the gap width,an axial flow pump clearance leakage flow experiment and numerical calculation were carried out.The threedimensional visualization of the gap flow characteristics and the vortex structure was obtained by applying the streamline vortex cloud diagram.The distribution of the velocity streamlines,vorticity and turbulent kinetic energy on the suction surface were analyzed as the vortex at the initial generation.The physical quantity distributions of different cross-sections were compared,and the relationship between cavitation development and TLV vortex strength was analyzed for different cavitation conditions.Results showed that the leakage shear zone was the main area of TLV formation,where the turbulent kinetic energy and vorticity were large.Convection formed by the axial mainstream and interstitial jets promoted the generation and development of vortices.The intensity and scale of vortices under large clearance were larger,accompanied by greater leakage velocity.The vortex in the core area of TLV came from the shear vortex formed by the shear zone and the circumferential incoming vortex.With a large cavitation number, the vortex and cavitation distribution were basically the same,the vortex strength was positively correlated with cavitation,and the tip vortex cavitation extended farther in the large gap.With a small cavitation number,the vortex and the cavitation position did not completely overlap,and the gap width had little effect on cavitation.Due to the lower environmental pressure,the vortex strength required for cavitation formation was smaller,so it was easy to form cavitation and expand to form sheet cavitation.The TLV 收稿日期：20201130修回日期：20201224基金项目：国家自然科学基金项目（51776087）作者简介：张虎（1986—），男，博士生，无锡职业技术学院讲师，主要从事流体机械性能优化研究，E-mail：zhanghutianxia@ 通信作者：张德胜（1982—），男，研究员，主要从事流体机械流动特性研究，E-mail：zds@158农业机械学报2021年vortex strength was increased along the leading edge of the blade，reaching the maximum near the trailing edge，while the average vortex strength was the largest at the leading edge of the blade，where cavitation occurred first.Key words:axial flow pump；gap width；tip leakage vortex；vortex strength；leakage shear zone;cavitation0引言在轴流式流体机械中，为了避免动叶叶顶与端壁干涉，两者之间需存有尺度较小的间隙。

轴流泵叶顶区的空化流场与叶片载荷分布特性

轴流泵叶顶区的空化流场与叶片载荷分布特性张德胜;潘大志;施卫东;邵佩佩;王海宇;李通通【摘要】针对轴流泵叶顶区空化流气液混合区域密度变化，以SST k-ω湍流模型为基础，对湍流黏度项进行了修正。

基于输运方程的完全空化模型对轴流泵NPSH曲线、空化特性及其叶片载荷进行了数值模拟和分析，并与实验结果进行了对比。

研究结果表明，修正的SST k-ω湍流模型和空化模型较准确地预测了叶顶区空化流，临界空化数预测误差为7.79%。

通过高速摄影实验观测到轴流泵的初生空化为刮起涡空化、间隙附着空化和涡带区空化，空化区域也随着空化数的降低而不断扩大，直至在叶片后缘脱落和爆破，爆破位置也不断向叶片中部移动；叶片吸力面的低压区主要集中在叶顶翼型间隔角为-13°～+13°的区域；在叶轮叶顶间隙的3%区域，随着半径系数增大，叶片压力面压力逐渐减小，叶片载荷不断降低，且越接近间隙边缘，叶片载荷降低越明显，从机理上找到了空化诱导轴流泵性能下降的原因。

%In order to take into account the local density of gas-liquid mixing area in cavitation flow field in impeller tip region of axial flow pump, the turbulent viscosity term in SST k-ωturbulence mode was corrected. NPSH curves, cavitation characteristic and blade loading were analyzed based on full cavitation model with simulation and experimental methods. The investigation results show that the modified SST k-ωturbulence model and cavitation model can predict the cavitation flow field with gas-liquid two-phase flow in the impeller tip region, and the relative error of the critical cavitation number between experimental and predicted values is 7.79%under design conditions, which is satisfactory for the computational accuracy. The high speed phohography experimentsshow that the cavitation inception is induced by blowing cavitation, clearance attached cavitation and tip leakage vortex cavitation, and the cavitation region continually spreads with the decrease of cavitation number. The break of cavitation bubble cluster occurs at the aft of the blade, and the position of bubble break moves toward the middle of the blade span. The angular interval between-13° and+13° is the main region of the suction side with low pressure. Within the 3% area attached to the blade tip clearance, the pressure gradually decreases with the increase of radius coefficient r*, decreasing the blade surface loading. Near the tip clearance, the blade loading decreases more obviously.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】7页(P501-507)【关键词】轴流泵;空化;叶片载荷;数值模拟;高速摄影【作者】张德胜;潘大志;施卫东;邵佩佩;王海宇;李通通【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江 212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江 212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江 212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江 212013;江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TH311引言轴流泵广泛应用于石油化工、核电火电、调水工程等国民经济重要领域[1]。

叶顶间隙与轴向间距耦合对喷泵流场影响的数值分析

叶顶间隙与轴向间距耦合对喷泵流场影响的数值分析冯德胜;苏石川;王声森;魏承印【摘要】以某艇用喷泵为研究对象,取1 mm和1.5 mm两种叶顶间隙以及5.6 mm、11.2 mm、16.8 mm三种叶轮-导叶间距耦合,采用剪切应力湍流模型基于CFX软件进行多种流量工况下的流动模拟,分析不同耦合情况对喷泵流场的影响.结果表明:不同的耦合情况均对流场产生明显影响.耦合情况为1-16.8时,喷泵效率最高达到85.08％,相对提升4.44％;耦合情况为1.5-5.6时,吸力面负压区域减少,有利于叶片表面静压分布,但叶轮区域内泄漏流与主流的混渗效应加强;叶顶间隙变大会削弱轴向间距变化对叶顶间隙压差造成的影响.文章从耦合的角度分析,较仅考虑单一因素更为全面.分析结果对于喷泵设计及使用过程中性能变化的分析有一定参考价值.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2018(029)003【总页数】7页(P11-17)【关键词】喷泵;叶顶间隙;轴向间距;泵效率;叶顶间隙压差;静压分布;流线【作者】冯德胜;苏石川;王声森;魏承印【作者单位】江苏科技大学能源与动力工程学院镇江 212003;江苏科技大学能源与动力工程学院镇江 212003;江苏科技大学能源与动力工程学院镇江 212003;江苏科技大学能源与动力工程学院镇江 212003【正文语种】中文【中图分类】U664.34引言喷水推进作为船舶推进方式之一，以其优良的特性在高速高性能船舶上得到广泛应用。

不过，喷泵长期运转会造成叶缘磨蚀，使叶顶间隙变大并引发叶顶间隙压差问题，加重叶顶间隙泄漏并对主流产生扰动，从而影响流道内速度、压力以及叶片载荷的分布。

考虑到轴向间距对导叶的整流作用、堵塞作用以及与叶轮间周期性动静干涉都会产生影响［1-6］，将叶顶间隙与轴向间距耦合分析，较仅考虑单方面的因素能更全面了解其对泵内流场的影响。

然而，仅依靠实验手段很难获取直观的内部流场情况，因此本文采用数值模拟方法进行研究［7］，通过CFD方法获得不同耦合情况下的喷泵效率、叶顶间隙压差变化、叶片表面压力分布以及流道内的流动情况等，分析模拟结果，得到耦合情况对喷泵性能及流场的影响规律，为喷泵的设计与使用提供参考。

叶顶间隙对轴流风机性能影响的大涡模拟研究

叶顶间隙对轴流风机性能影响的大涡模拟研究田翠茹;李宝宽【摘要】为了研究分析叶顶间隙对轴流式通风机性能的影响,分别对1mm、2mm 和4mm的三种叶顶间隙建立了三维全流道作为计算域,采用大涡模拟方法对其三维全流场进行数值模拟,得到了轴流式通风机的效率和压升随流量的变化曲线,对比分析了不同的叶顶间隙对风机性能的影响,另外,得到了叶顶泄漏涡的强度和影响区域随着叶顶间隙的增大而增大.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2018(060)001【总页数】6页(P33-38)【关键词】轴流式风机;大涡模拟;泄漏涡【作者】田翠茹;李宝宽【作者单位】东北大学冶金学院;东北大学冶金学院【正文语种】中文【中图分类】TH432.1;TK050 引言叶顶间隙中的泄漏流动对轴流式通风机的性能有很大的影响。

关于叶顶间隙对轴流式风机影响的问题国内外研究者进行了大量的研究[1-4]，其中，毛佳妮等[5]采用Spalan-Allmaras模型通过改变叶顶的形状来研究叶顶间隙流，设计了一种新型叶片，能减少叶顶间隙泄漏涡的产生和通过叶顶间隙的泄漏量。

T.Fukano等[6]研究了叶顶间隙对轴流风扇噪声的影响，结果显示：叶顶间隙处产生的涡流和泄漏流是噪声产生的主要来源。

刘洋等[7]采用Realizable k-ε湍流模型对不同间隙下叶顶泄漏流研究表明，间隙改变会影响泄漏涡的发展，且随间隙增大风机性能不断下降。

王军等[8]模拟了不同间隙和流量下的间隙流动，总结泄漏涡的产生、发展机理及泄漏涡的强度和影响区随间隙大小的变化。

目前，关于叶顶间隙对轴流风机影响的研究大部分仍采用雷诺时均模型对其流场进行分析，采用大涡模拟方法对其研究的较少。

但是雷诺时均模型会忽略脉动效应的影响，不能准确的模拟内部的真实流场[9-10]，而大涡模拟的方法能更加准确的捕捉脉动效应对流场的影响。

为此，本文采用大涡模拟的方法对一冷却用的轴流式通风机，在不同叶顶间隙和流量下的内部流动进行模拟分析，以分析叶顶间隙对叶顶局部流场结构和风机性能的影响。

叶顶间隙变化对轴流风扇性能影响的数值研究

万方数据砷夯与分析—＿Ｉ一・机械研究与应用・——＿——＿＿—－・——・一设计计算的叶顶间隙分别为Ｏｍｍ、０．５ｍｍ、１．Ｏｍｍ、１．５ｍｍ、２．Ｏｍｍｏ设轴流风扇叶顶间隙为艿，叶片叶高为Ｚ，则所计算叶片的相对间隙∥ｉ分别为图ｌ轴流风扇叶轮结构简图Ｏ％、０．５％、１．Ｏ％、１．５％及２．０％。

表１轴流风扇几何参数表３计算结果及分析３．１总体性能分析叶顶间隙对轴流风扇的压头和效率都有较大影响。

全压随叶顶间隙的变化图，如图２所示。

从图２中可以看出，在相对间隙小于０．５％的区域，间隙增大，全压变小，但变化量不大；当相对间隙大于０．５％时，随着间隙的增大，压力迅速下降，且在０。

５％一１．０％的区域内，下降最快；在相对间隙１．Ｏ％一２．０％的区域，下降的幅度相对前者逐渐趋于平缓。

图３所示为效率随叶顶间隙的变化曲线，其变化规律与压力的变化规律相似。

在相对间隙０～０，５％的范围内，效率基本不变。

实践证明，当相对间隙较小时，间隙可能已被环端面的附面层所阻塞，因此对效率的影响不大。

综合图２、３可知。

随着叶顶间隙的增大，轴流风扇的压头和效率都将减小，且当相对间隙小于０．５％时，减小量最小。

■～翊删１１２．ＵＯ．啪．啪．１０４．】０２．瑚．，４．０蔓孔５鼍餐６Ｔ．０确母。

５０．００．５１．０１．５２．０叶顶问骧／＿图２全压随叶顶间隙的变化０．００．５Ｌ０１．５２．０时顶问骧＾图３效率随叶顶间隙的变化３．２流动特性分析为了研究叶顶间隙对轴流风扇流动的影响，首先・１８・从轴向速度变化情况进行分析。

图４给出了不同叶顶间隙情况下，轴向速度沿叶高方向的变化规律。

从图４中可以看出，轴向速度的变化趋势在５０％叶高处，发生改变；在５０％叶高上方，随着叶顶间隙的增大，轴向速度减小，且在相对间隙０—０．５％的区域最为明显；在相对间隙０．５％～２．Ｏ％的范围内变化较小，甚至趋于重合；在５０％叶高下方区域，随着叶顶间隙的增大。

轴向速度变小，但整个波动范围较小，变化最大的区域同样发生在相对间隙Ｏ一０．５％的区域，但较之上方区域，变化要小。

轴流泵内部流场压力脉动性能预测与试验

2011年5月
农业机械学报
第 42 卷第 5 期
轴流泵内部流场压力脉动性能预测与试验 *
施卫东冷洪飞张德胜龙飞张华
( 江苏大学流体机械工程技术研究中心, 镇江 212013) 【摘要】基于雷诺时均控制方程和标准 k 常数值模拟,得到轴流泵在不同工况和不同导叶数内部流场的压力脉动特性㊂数值分析与试验结果表明: 轴流泵内最大压力脉动发生在叶轮进口处;在偏离设计工况点较大的流量时,压力脉动幅值明显增大;导叶数减少会增大导叶出口处的压力脉动;脉动频率受叶轮转动频率控制,导叶数对压力脉动频率基本无影响㊂关键词: 轴流泵压力脉动压力系数性能预测试验中图分类号: TH312; O351. 2 文献标识码: A 文章编号: 1000-1298(2011)05-0044-05 ε 湍流模型, 应用 SIMPLEC 算法, 对轴流泵全流场进行三维非定
∂ρ ∂( ρu i ) + =0 ∂t ∂x i
(1)
Fig. 1 Grid of the model pump
图 1 轴流泵模型网格图
∂u i ∂p ∂ + μ - ρ u′ i u′ j ∂x i ∂x j ∂x j
(
j i
)
t i i
u ∂u ∂u 2 + ρk + μ δ (∂ ∂x ∂x ) 3 ( ∂x )
[1]
ε turbulence model
引言
对运动㊁偏离最优工况时吸水室内水流的圆周运动㊁局部空化及二次流等因素, 都可能导致泵内水压力随时间快速波动,即压力脉动,从而使机组的结构振动加剧,导致轴流泵运行不稳定㊂大型轴流泵在我国南水北调东线工程的建设中应用广泛, 泵的运行