带分流叶片低比转速无过载离心泵优化设计

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通常，比转速在30

国内外很多学者对离心泵各方面作了深入的研究。在离心泵多工况研究方面，Neumann从泵内流动损失分析出发 ，建立了非设计工况下水力设计参数与通流部件几何参数之间的关系。在带分流叶片离心泵研究方面，Goto等采用全三维数值模拟的方法对泵叶轮中的分流叶片进行了优化设计，提高了泵的吸人性能L3 J。何有世等对偏置的分流叶片离心泵叶轮内三维不可压湍流厨行数值模拟 J。在无过载设计方面，国内黎义收稿日期： 2012-11-14 修稿日期： 2012-12-05基金项目： 国家自然科学基金重点项目：水力机械空化特性及对策(51239005)；江苏高校优势学科建设工程资助项目2013年第41卷第 6期 流 体 机 械 13是叶轮和蜗壳结构网格。

(a)叶轮(b)蜗壳图 3 结构网格3.2 边界条件进口边界条件设置为速度进口边界，假设进口轴向速度分布均匀，根据当前计算工况点确定流速。出口边界设定压力出口边界。由于壁面不存在喷射或抽吸的情况，所以壁面采用无滑移边界条件。粗糙度设为 12.51，zm。

3.3 湍流模型- 般地，可以用3种湍流模型求解 N-S方程，它们分别是标准k-8模型，RNG k-s模型，标90.or～-～～.～-～ l： ：～ -- 。 、、I、、 言 I 、72.5薯 ， l· 叶轮3 f ·设计值准 k-∞模型。所有湍流模型都是根据经验得到的，没有哪-种湍流模型能完全应用于所有计算中 。由于模拟结果为水力值，没有考虑机械损失和容积损失，经过修正之后不同湍流模型的计算结果比较如表2所示。

表 2 不同湍流模型计算结果比较湍流模型 标准 k-8 RNG k. 标准 k-∞ 试验结果竹(%) 53.57 53.84 54.09 53.64/t(In) 83.74 84.04 84.2l 83.58由于标准 k-8模型与试验结果最接近，所以本文的计算模型选用标准 k-8模型。另外收敛精度设为 10～。合理的 CFD计算能反映泵内流动真实情况，能准确预测泵在特定点下的流量、效率和轴功率 0.J，因此可以根据数值模拟预测泵的性能是否达到设计要求。

4 模拟结果4.1 外特性模拟结果图4为 3种叶轮外特性模拟比较。图4(a)为3种叶轮模拟结果的 /--Q曲线，由图可知 3种叶轮的高效区都比较宽，但叶轮 1的扬程曲线表明其性能最好。随着叶片出口宽度b：的增加和叶片出口角.1B 的减小，扬程曲线呈下降趋势。当叶片出口角从 20。减小到10。，扬程曲线的驼峰消失。

褂流量(m ，h) 流量(m /h) 流量(m ，h)(a)/-/-Q曲线 (b)田-Q曲线 (c)P-Q曲线图4 水力性能模拟结果比较图4(b)为3种叶轮模拟结果的叼-Q曲线，叶 特性均比较好。

轮2的效率略高于叶轮 1的效率。随着叶片数增 4.2 内部流动分析多，效率随着降低，主要是因为多叶片加大进口流 为了更好地分析叶轮不同优化方案对泵性能动堵塞，因此叶轮3的效率在各个工况下均比其 的影响，必须要分析叶轮内部流动情况。

它两个叶轮的效率低，这说明使用分流叶片在多 4.2.1 压力分布工况运行下能提高泵的效率。 图5是在设计工况下3个叶轮内静压分布。

图4(C)为3种叶轮模拟结果的P-P曲线，3 从图中可以看出，3个叶轮面上的压力从叶轮进种叶轮的功率均未超过电机的额定功率，其功率 口到出口逐渐增大，同-半径叶轮压力面压力大- -- /2013年第 41卷第 6期 流 体 机 械 214 结论(1)在低速低压工况下，槽底变深结构可提高雁型槽端面气膜承载力和开启时气膜刚度，在相对变深坡度 A3/8-4/8时，槽底变深结构对雁型槽干气密封开启性能的改善效果最佳，且槽底发散型结构略优于槽底收敛型结构；(2)雁型槽环颈部分与螺旋槽等深时即可保证雁型槽具有良好的开启性能，不用单独设计环颈部分槽深；(3)槽底阶梯变深结构与槽底线性渐变结构具有十分相似的开启性能，可采用更容易加工的阶梯变深结构代替线性渐变结构。