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射流式离心泵内部流动及空化特性研究

射流式离心泵内部流动及空化特性研究

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作者：赵立峰江苏大学

学位级别：硕士

射流式离心泵内部流动复杂,在大流量工况下,喉管内易发生空化而导致扬程急剧下降。为了深入了解射流式离心泵内部流动及空化特性,本文选取浙江某企业JET750型射流式离心泵作为主要研究对象,基于试验及数值模拟的研究方法,分析了射流器... 详细信息

射流式离心泵内部流动复杂,在大流量工况下,喉管内易发生空化而导致扬程急剧下降。为了深入了解射流式离心泵内部流动及空化特性,本文选取浙江某企业JET750型射流式离心泵作为主要研究对象,基于试验及数值模拟的研究方法,分析了射流器及离心叶轮的内部流动情况,研究了射流器几何参数对射流式离心泵空化性能的影响。同时,采用LES方法进一步分析了射流式离心泵扬程折断点产生的根本原因和瞬态静压分布特点,并与k-ωSST计算结果进行对比。本文的主要研究内容如下:1)采用CFX流场分析软件对JET750型射流式离心泵进行数值模拟,并进行外特性试验。分析发现,射流器喷嘴循环流量随着射流式离心泵工作流量的增加而减小,经过喉管进入叶轮的总流量则一直增加;射流式离心泵内部的射流器性能曲线与射流泵性能曲线随流量变化趋势相同;射流式离心泵流量扬程曲线斜率的决定因素是射流器的面积比。2)基于射流式离心泵内部流场数值分析可知,射流器内部同一流场参数沿流向分布均有一定的区别,总体上,越靠近射流边界层的流场信息变化越剧烈;涡量分析发现,在高、低速流体相互作用区出现涡量最大值,此处流场信息变化剧烈;大流量工况下,同一流向流场参数分布曲线有向下游偏移的趋势;叶轮进口由于高速射流的作用,进口湍动能及湍动能耗散率较大,叶轮进口静压较高,抑制了叶轮内部空化的发生。3)通过对比试验分析发现,当喷嘴圆柱段为2mm,喉管直径扩大1.5mm时,泵的空化性能得到明显改善,扬程折断点往大流量偏移,设计点性能达到设计要求;增加射流器面积比能增大扬程折断点的流量,使扬程折断点往大流量偏移,但面积比不宜过大。4)以定常计算结果作为初始条件,采用LES和k-ωSST湍流模型研究了射流式离心泵扬程折断点时射流器内部瞬态流动特性。通过对比可知,采用LES数值模拟能更好的计算扬程折断点的瞬态静压,进而揭示了强烈卷吸涡可能是造成瞬态低压并产生空化的原因。同时分析发现,采用LES模拟,喉管内部径向静压呈非对称分布,流向静压分布剧烈变化,而k-ωSST模拟得到喉管内部径向静压呈对称分布,流向静压分布为一条光滑曲线。

关键词：射流式离心泵内部流动空化面积比扬程折断点大涡模拟

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