含沙空化对轴流泵内压力脉动特性的影响

为了阐明含沙量、粒径、空化等因素对轴流泵内部压力脉动特性的影响,分别在清水、含沙水、清水空化及空化与泥沙磨损联合作用下,采用SST k-ω湍流模型对轴流泵内部压力脉动特性进行数值模拟分析,得到以下结论:泥沙的加入会加剧压力脉动,且促进空化的发展;叶轮出口处脉动系数均大于进口处,说明除空化外,叶轮与导叶的动静干涉是引发压力脉动的一个主要因素,且空化会增大压力脉动,对泵的振动造成不利影响;压力脉动引发的振动信号主要频率成分包括2.5 Hz,10 Hz和20 Hz,与水泵的转频2.5 Hz,叶频10 Hz及其二倍频20 Hz保持一致。

含沙空化对轴流泵内涡量分布的影响

考虑空化与泥沙磨损的联合作用,采用SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,数值模拟研究不同空化程度下,轴流泵内涡量的变化过程。结果表明:涡量主要分布在叶片背面后部、出口边处以及叶片头部,工作面处涡量较小。相比清水而言,输送介质中含沙对叶轮和导叶内涡量的影响较大;随着粒径的增大,叶轮和导叶表面涡量随之增大,然而涡量的增大幅度不明显。低含沙量和小颗粒泥沙可以改善导叶内漩涡分布,减小漩涡强度。随着空化压力的降低,泵内涡量迅速增大,说明,粒径对泵内涡量的影响不大,含沙量和空化是引起涡量增大的主要原因。

含沙空化对轴流泵内流动特性的影响

采用SST k-ω湍流模型模拟轴流泵在清水非空化、含沙水非空化、清水临界空化、含沙水临界空化4种状态下的流动特性,分析含沙量和临界空化对泵内流动特性的影响,确定轴流泵在不同状态下的不稳定运行区域。结果表明:在叶片工作面上,非空化和临界空化状态下轴向速度流动系数均分布在-1附近,非空化状态下径向速度流动系数和绝对速度流动系数分别分布在0.6和1.2附近,临界空化状态下径向速度流动系数和绝对速度流动系数分布在1附近。叶片背面进口和出口位置的流动系数最为敏感,空化会引起此处流动系数的剧烈波动,尤其是加入泥沙后,波动更为显著,故叶片背面进口和出口位置为叶轮内的流动不稳定区域,空化和泥沙主要影响此处。未发生空化时,含沙量基本不改变叶轮内流动状态;当泵内发生空化时,在叶片尾端出现流动分离漩涡,加入泥沙后,尾端的漩涡范围变大,叶轮内的流动状态发生改变,说明空化和泥沙均是影响叶轮内流动特性的主要因素。