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時間:2017-10-27 14:43:00   來源:本網   添加人:admin

脉动时空彩游棋牌游 www.mjrgi.com   低比轉速離心泵空化性能的數值模擬典平鴿(河南城建學院環境與市政工程系,河南平頂山467001)輪內部氣泡分布的研究表明,泵在進口壓力較高時就已經在葉片的進口背面產生空化初生,臨界空化余量和許用空化余量時,氣泡在葉片表面和流道內部均有分布占據了部分葉輪流道,影響葉輪內部能量交換,并可能對泵造成空蝕。對該實型泵進行試驗研究,驗證了數值計算的精確度。

  基金項目:十一五“國家科技支撐計劃(20C8BAF34B10)―)女,河南葉縣人,講師,碩士,從事化工機械研究uE-mail:dimI-pghlIc.edu.cn離心泵是應用非常廣泛的通用機械。在離心泵的設計和使用過程中,其空化性能通常是必須考慮的因素之一。離心泵在運行過程中,當泵內部局部位置的壓力低于輸送液體汽化壓力時,就會有氣泡產生,發生空化。當離心泵內部發生嚴重空化時,會引起泵外特性的改變,產生振動噪聲以及引起過流部件的腐蝕破壞FD技術已經能夠準確地對泵的空化性能進行預測以及對泵內部空化發生時的氣液兩相流進行分析FD進行網格劃分,吸入室流道采用結構網格劃分,由于模型的復雜性,對葉輪和蝸殼流道采用核心六面體非結構網格,在曲率半徑較小的部位采用了局部加密。吸水室、葉輪、蝸殼網格數分別為119408,436147,316061,網格總數為877029.為計算區域的網格。

  計算區域的網格°C的清水,湍流模型選用較常用的標準k-e湍流模型,空化模型為RayleighPlesset模型,25°C時水的汽化壓力為3169Pa.近壁面處選用標準壁面函數,壁面邊界條件設為絕熱無滑移壁面,壁面粗糙度設為10Mm.采用二階離散格式對計算區域進行離散,計算精度設為高精度,收斂精度設為10-5.由于氣泡發生時液體密度會發生變化,因此將泵內部的流動設為可壓縮流動183,在計算過程中考慮了熱傳導。

  分析類型設為穩態,進口邊界條件設為總壓進口,通過調節進口總壓,使泵內部發生空化。進口處水的體積分數設為1,氣泡的體積分數設為零。出口邊界條件設為質量出口控制模型的流量。葉輪與蝸殼、吸水室交界面用frozen-mtorinterlkce連接。

  3數值計算結果分析本文臨界空化余量NPSHc為計算所得到的泵的揚程下降3%時的有效空化余M9,有效空化余量NPSHA按式(1)進行計算:31空化初生為最優工況空化初生時氣泡在葉片表面的分布。從中可以看出,當空化初生時氣泡分布在葉片進口背面靠近后蓋板的一個很小的低壓區域內??棧跎奈恢眉詞搶胄謀靡堵值難沽ψ畹偷?。當空化初生時,泵的NPSHA為17. 53m,進口總壓為175000Pa;而泵在最優工況下的數值計算得到的NPSHc為2 73m,此時泵的進口總壓為30000Pa這說明該泵在進口壓力很高的時候就已經發生了空化初生。但由于氣泡只在葉片進口背面很小的局部區域內產生和破滅,因此并不會造成葉輪的空蝕破壞,也不會因氣泡堵塞流道而影響葉輪內部的能量交換過程,從而引起泵外特性的改變。根據數值計算結果分析,泵在一般運行工況下均已發生了空化初生。

  氣泡體積分蔞空化初生時氣泡在葉片表面的分布(NP5HA=1753m)3. 2臨界空化余量時葉輪內氣泡分布規律為在最優工況點臨界空化余量時葉片表面和葉輪內部的氣泡體積分數。葉輪內部氣泡體積分數是在CED-Post中通過Iarsutface創建的氣泡體積分數占20%時的等體積分數面。

 ?。╝)葉片表面努分數臨界空化余量時葉片表面和葉輪內部氣泡體積分數(NPSHfc=2從中可以明顯看出:臨界空化余量時氣泡已經從空化初生時只分布在葉片的背面局部低壓區域擴展到葉片工作面,占據了部分流道,并且氣泡在葉片表面和葉輪內部的分布不具有對稱性。

  由于低比轉速離心泵葉輪的流道狹長、內部液體流速高。因此當氣泡產生時會迅速向葉輪流道和葉片表面擴散,在高壓區域破滅。隨著有效空化余量的降低,氣泡的產生量將增加,其向出口部位的擴散程度也增加,從而改變了葉輪內部流動狀態,造成對流道的堵塞,影響葉輪內部的能量交換過程,在外特性上表現為外特性曲線的下降。氣泡在葉片表面和葉輪內部不對稱分布是由于離心栗內部流動是低速流動,葉輪內的流動狀態將會受到蝸殼等葉輪之后過流部件流動狀態的影響。由于蝸殼的不對稱,以及葉輪與蝸殼之間的漩渦、回流等引起的壓力脈動等因素使葉片不同流道內部液體的壓力分布不對稱。根據對氣泡在葉輪內部的分布可知,對于低比轉速離心泵而言,如果泵長期在臨界空化余量工況下運行,葉輪將會產生空蝕。

  3.3許用空化余量時葉輪內氣泡分布規律常k取0.0.5m)。本文在泵的許用空化余量為5m)時,對葉輪內部流動進行了研究,得出了許用空化余量時葉輪內部氣液兩相的分布。

  為許用空化余量時葉輪內部氣泡分布情況。

  氣泡體積分數許用空化余量時葉片表面和葉輪內部氣泡分布從中可以看出,許用空化余量時,葉片表面和葉輪內部的氣泡體積分數較臨界空化余量時已經減少很多,但是氣泡仍占據部分流道,并在葉片的表面有少量分布,由于空化是一個包含有機械、物理、化學、電解等復雜的過程,空化初生在許用空化余量之前早已發生,并且k的取值并不確定。根據數值計算結果分析,如果低比轉速離心泵在許用空化余量的工況下長期運行,有可能會造成對葉輪的空蝕。國外在葉輪水力設計時有APSH4Gh的概念給出了經驗公式。推薦NPSH40000h為F與NPSHc的乘積,F為安全系數,F1. 5(或20)(F在大流量時取大值,在小流量時取小值)這對于國內流體機械行業對泵內空化深入研究具有一定的借鑒意。

  4數值計算準確性驗證試驗為了驗證數值計算的準確性,按照標準9對該泵進行了空化試驗。采用閉式試驗臺進行試驗,通過真空泵控制吸入口的真空度,使泵發生空化,記錄進出口壓力、水溫、軸功率、轉速等試驗數據。

  為試驗裝置示意圖。

  試驗裝置示意圖(a)為最優工況時試驗與數值計算得到的有效空化余量與揚程之間的關系曲線比較,(b)為不同流量時試驗與數值計算得到的臨界空化余量與流量之間的關系曲線比較。從中可以看出,該泵最優工況時試驗與數值計算得到的臨界空化余量分別為2.82m和2 73m,最大相對誤差為6產生誤差的原因可能是泵的鑄造誤差、數值耗散誤差、壁面粗糙度的設置等。從試驗和數值計算結果來分析,數值計算具有較高的精確度。

  5結論通過對一臺低比轉速離心泵進行空化性能試驗與數值研究,驗證了應用數值方法預測泵空化的準確程度;對泵空化發生時的內部氣液兩相流場進行分析,得到了泵發生空化時葉輪內部氣泡的分布規律。

  通過對泵的空化初生、臨界空化余量、許用空化余量時葉輪內部氣泡分布規律的研究,指出低比轉速泵在進口壓力較高時已經發生了空化初生;泵在臨界空化余量和許用空化余量運行時,氣泡在葉輪內部分布較多,有可能對葉輪產生空蝕破壞。研究成果對進一步深入研究離心泵空化具有一定的