诱导轮叶片数对超高速泵性能影响的研究

针对航空航天领域的一台超高速泵(38 500r/min),基于SIMPLEC算法,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和RNGk-ε湍流模型,对带诱导轮和不带诱导轮两种结构下的流动进行三维湍流数值模拟,分析其在各工况下的内、外特性,就诱导轮叶片数对超高速泵性能的影响进行探讨。结果表明,添加诱导轮可以改善泵的性能及流动状态;Z<3时,增加叶片数可改善诱导轮内的流动状态,提升诱导轮的水力性能,提高叶轮的汽蚀能力,使泵的整体性能逐渐上升;而当叶片数继续增加,泵的扬程虽然继续上升,但功率增大,效率下降,叶轮的汽蚀性能逐渐下降。诱导轮叶片数为3枚时,诱导轮内流动情况最优。Z=2时泵的整体性能最好。

前置不同诱导轮的高速离心泵性能

为研究分流叶片诱导轮及变螺距诱导轮对离心泵水力性能及汽蚀性能的影响,对具有前置诱导轮的高速离心泵进行了试验和数值模拟。外特性试验表明,两种前置诱导轮对高速离心泵效率的影响均不显著,前置分流叶片诱导轮的离心泵扬程相对于前置变螺距诱导轮有显著下降。汽蚀试验表明,小流量工况下前置分流叶片诱导轮的离心泵抗汽蚀性能较优,大流量工况下前置变螺距诱导轮的离心泵抗汽蚀性能较优,其余工况下两者的抗汽蚀性能相当。仿真结果表明,大流量工况下分流叶片诱导轮扬程较低,不能满足离心轮进口能量需求,致使前置分流叶片诱导轮的离心泵汽蚀性能变差。

离心泵叶片数抗汽蚀性双因素方差分析数值模拟

针对离心泵的汽蚀问题,选用描述黏性不可压缩流体动量守恒的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程)、标准k-ε模型以及SIMPLEC算法计算求解离心泵内部的流场,应用双因素方差分析的方法研究了诱导轮叶片数n1和叶轮叶片数n2的组合对离心泵抗汽蚀性能的影响。基于离心泵内部流场的压力云图和速度云图分析,发现汽蚀现象易发生在诱导轮叶片前缘和叶轮叶片的吸入口处,n1和n2之间的匹配组合对离心泵的抗汽蚀性能有显著影响。结合离心泵外特性分析发现,n1=4、n2=7时为最佳匹配,与基础模型(n1=2、n2=6)相比,离心泵的汽蚀性能约提升了31%,扬程提升2.2%,效率提升3.7%。基于双因素方差分析的结果,诱导轮叶片数较叶轮叶片数对离心泵抗汽蚀性能的提高贡献更大。