混流泵偏工况下叶顶间隙对气液两相流动规律的影响

作     者：闫思娜 罗兴锜 冯建军 孙帅辉 朱国俊 

作者机构：西安理工大学省部共建西北旱区生态水利工程国家重点实验室 西安理工大学水利水电学院 

出 版 物：《水动力学研究与进展A辑》 (Chinese Journal of Hydrodynamics)

年 卷 期：2024年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(52409119、52439006和52079108) 

主　　题：混流泵 气液两相流 数值模拟 叶顶间隙尺寸 流动规律 

摘      要：气液两相流泵偏离设计工况，特别是在小流量工况下运行时，随进口含气率(inlet gas volume fraction, IGVF)的增加，泵增压能力会突然下降，并伴随剧烈振动。该文采用数值模拟方法研究了叶顶间隙分别为1.0mm和1.7mm的气液两相混流泵在偏工况下的气液两相流动规律，通过对比泵外特性和泄漏涡的数值模拟结果与试验结果，发现该数值模型可较准确地反应泵性能。小流量工况下，大叶顶间隙泵的熵产损失低于小叶顶间隙泵，随着IGVF增加，该差值越大；气液两相泵内的熵产主要由脉动速度引起，其次是壁面熵产，时均速度引起的熵产几乎可忽略。叶轮流道内的旋涡区、气相聚集区、高熵产区以及叶片正背面压差较小的区域位置一致，均位于叶轮叶片中间位置的压力面附近；在叶顶间隙射流的作用下，叶顶间隙越大，这些区域的面积越小。小IGVF时，两个不同叶顶间隙泵叶轮的面平均含气率大小接近；随着IGVF增加，小叶顶间隙泵的面平均含气率总是高于大叶顶间隙泵。因此，在气液两相泵中，叶顶间隙结构可在叶轮内形成的高速射流，进而对流场内的不均匀气液两相流形成冲击，使流场混合得更加均匀，泵内介质可更加顺畅地流出叶轮，提高泵的运行稳定性。