轴流泵叶轮导水锥型式设计及其流道水力特性模拟

为探究轴流泵叶轮导水锥的设计方法，揭示导水锥流场的内部流动特性。基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和k-ε湍流模型，结合典型的收缩曲线，设计了维多辛斯基式、五次方曲线式、双三次方曲线式等5种导水锥。利用Fluent 软件对各型导水锥进行三维流场计算，分析了导水锥流道的流动特性，归纳了导水锥流场的3个流动部分以及流场轴面的速度分布规律。总结了轴向速度分布均匀度、加权平均偏流角随导水锥收缩型面的变化规律。分析各型导水锥水力损失发现：不同型式导水锥水力损失不同，直锥式导水锥损失略小，其他型式的导水锥水力损失相近。对流场均匀性相比较得出：在导水锥流场急剧收缩的断面上，轴向速度分布均匀度降低，速度加权平均偏流角和径向速度梯度增大。导水锥出口段收缩越平缓，整流能力越出色。综合考虑轴向速度均匀度和速度偏流角等指标，维多辛斯基式导水锥的整流能力最优，出口流场均匀性较好。当导水锥长度为叶轮外径的0.25～0.8倍时，导水锥长度增加，水力损失减小，导水锥出口流场品质提升。结合工程实际应用，给出导水锥长度最优取值范围为叶轮外径的0.5～0.6倍。