基于CFX的导叶与叶片间距对泵装置性能改变的研究

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中图分类号： TH312 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.02.009Study on Guide Vane and Blade Pitch S On Pump Device Performance Chan ge by CFXMENG Qing.feng ，CHEN Song.shan ，HE Zhong-ning ，LI ci-xiang(1.Yangzhou University，Yangzhou 225009，China；2.Nanjing Water Planning&Design Institute，Ltd.，Naming 210006，China)Abstract： The parallel space S of axial flow pump guide vane inlet、side and the outlet side of impeller blade changes on thepump device performance was calculated by numerical simulation method based on CFX.On the mass conservation theorem andmomentum conservation theorem 。the Navier-Stoke equation and the standd k-turbulence model were applicated，Th roughthe three-dimensional turbulent flow numerical simulation on the whole flow passage of axial flow pump，The guide vane outletvelocity field and pressure field were solved.The relationship of the flow，head，power an d eficiency were analysised in three ca-ses as S9mm，S12mm，S15mm，The parallel space S ofaxial flow pump guide vane inlet side and the outlet side ofimpellerblade changes on the pump device perform ance was studied。

Key words： axial flow pump；guide vane；spacing；perform an ce1 前言轴流泵广泛应用于农 田水利等方面，并发挥着巨大的作用。导叶是轴流泵的-个重要组成部分，液体流出轴流泵叶轮之后，按自由漩涡运动规律旋转着前进，作旋转运动的液体如直接进入压力水管，则其旋转动能将全部损失在管道中 J。

轴流泵导叶的作用就是消除从叶轮出口流出的速度环量，将液流圆周速度的动能转化为压能，并利用其扩散的作用，减小流速，将部分轴向速度的动能转换为压力能，从而减小压力管路的水力损失。

提高导叶体的转化性能，可以达到提高泵装置性能的目的 。导叶在设计方法，加厚规律，叶片收稿日期： 2012-02-17 修稿 日期： 2012-03-15数量以及导叶与叶片间距Js等方面，都有-定的可能去提升导叶的转化性能，从而提高整个泵装置的效率。

2 模型的建立2.1 模型泵的参数为直径 D120mm，转速 n2980r/min，流量Q46L/s，扬程H2.66m的泵设计导叶，导叶采用流线法设计，等厚叶片，导叶进口边与叶轮出口边的距离.s-般默认为是取(0.05-0.1)D(其中D为叶轮直径)，由于泵较小，同时兼顾到网格划分，所以根据计算公式：S6-12mm，取两组值比FLUID MACHINERY Vo1.41，No.2，2013较：(1)S9mm，(2)S12mm，为证明在超出0.1D之后，s对泵装置效率没有影响，所以设置第 3组(3)S15mm。其他部分，如进水管，出水管，以及弯管，均为同-尺寸设计 J，便于在模拟中对结果进行分析比较。本文采用 TurboGrid对叶轮和导叶进行建模以及网格剖分，其他部分均采用Pro/E造型，然后利用 ICEM软件对其进行结构化网格进行剖分，最终在 CFX中完成水体部分的组装 和计算 。其 中，进水管 网格总数 为48100，叶轮全通道网格总数为 240126，导叶全通道网格总数为505267，出水管网格总数为 86400，弯管网格总数为52282。网格质量良好，符合计算要求，计算收敛精度为 1E-5。水体建模如图1，叶轮与导叶配合的二维和三维如图2。

图 1 水体建模(a)泵与导叶二维图(b)泵与导叶三维图图2 叶轮与导叶的二维与三维示意2.2 控制方程采用了时均化的连续性方程哈纳维 -斯托克斯方程(RANS)及基于布辛涅斯克(Boussinesq)涡团粘性假设的二方程湍流模型中的标准 k-8模型(sk-8)，即：连续性方程：： 0 (1)d动量方程：： - Oxiax il Jd i dxt dxiRNG k-模型控制方程：O(pk).a(pku )a 毒 p ； lOk1 G p (3)-0(po-tti)a 。

熹 PC 6 10 xI C- 1c： 譬 (4) 卢叼 J 。 占其中， 0.0845，口 0 1.39，C1 1.42 ，C2 1.68 ，叼0 4.377。

2.3 边界条件2.3.1 进口边界在设计条件下，认为当进水管的长度超过 3d的时候 ，水流进入轴流泵叶轮时已是充分发展的紊流，进El流速为轴向且轴对称分布。因此，设进口断面的速度相等，且速度方向与进口边界面相垂直▲口断面上的湍动能 k 和湍动能耗散率值计算式为：k 0.05 (5) (6)式中 --进口截面平均流速c --系数， 0.O9d--水力直径2.3.2 出El边界本文假定出口边界处流动已充分发展，将出口边界设置为outlet，并给定相对平均静压。

2.3.3 壁面边界本文采用的是壁面函数法，它的基本思想2013年第 41卷第 2期 流 体 机 械 45是：对于湍流核心区的流动使用 k-8模型求解，而在壁面区不进行求解，直接使用半经验公式将壁面上的物理量与湍流核心区内的求解变量联系起来。在划分网格时，不需要在壁面区加密，只需要把第-个内节点布置在对数律成立的区域内。

2.3.4 动静耦合交界面由于进水管、导叶、出水管为固定过流部件，叶轮为旋转部件，因此叶轮与进水管、叶轮与导叶的交界面采用Frozen Rotor类型的动静交界面，其他部分的交界面采用的是静静交界面。

3 数值模拟结果对比分析3.1 间距 S的改变对叶轮 流场的影响从数值模拟的角度来分析间距 S的改变对叶轮流场的影响 ，结果如图3，4所示。

窨42 54流量(L/s)(a)间距 S对叶轮扬程的影响流量(L/s)(b)间距S对叶轮功率的影响图 3 间距 Js对于叶轮扬程及功率的影响906530 42 54流量(L/s)(a)间距 S对叶轮效率的影响流量(L/s)(b)间距 S对泵装置效率的影响图4 间距 S对泵及泵装置的效率影响由图3和4可知，3组模拟数据的结果基本相同，单纯的改变间距 Js对于叶轮的流躇本没有影响，和