叶片厚度对混流泵性能的影响

叶片厚度对混流泵性能的影响

采取高质量构造化网格团圆混流泵盘算域，基于雷诺时均（RANS）方程和剪切应力输运（SST）湍流模型对混流泵内流场进行数值模仿。采取多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效力特征及叶轮进、出口的流场活动状况进行对照剖析。后果标明：在雷同流量下，随叶轮叶片厚度减薄，泵的扬程和功率增添，且最高效力点向大流量工况偏移，最高效力略有降低；叶轮叶片厚度减薄进步了流场活动均匀度，改良了叶片外表压力散布状况，使空化性能得以改良。

　　钻研叶轮的构造参数对泵类机械水力性能的影响具备明显的工程指示意义。戴辰辰和韩小林进行了叶顶间隙对轴流泵端壁间活动及性能影响的数值模仿；丁思云和邓德力进行了叶片数对离心泵外部流场影响的钻研；Bonaiuti剖析了叶片负载散布、叶片导边歪曲水温和叶片出口轮毂直径等因素对混流泵水力效力和空化性能的影响。朱云耕和谈明高分手进行了壁面毛糙度对轴流泵性能影响的数值钻研。叶片厚度对泵的扬程、效力、汽蚀性能都有明显的影响，这种影响个别是非线性的。从综合性能最优的角度来看，存在着既满意构造强度性能又满意水能源性能的最佳叶片厚度。而目前在叶片厚度对混流泵性能影响上还缺少必要的钻研。

　　近年来，将盘算流膂力学（CFD）技巧融入到泵类机械的研发、性能剖析和优化设计历程已成为一个活泼的范畴。本文树立了混流泵数值模型，采取分块构造化网格团圆，基于RANS 方程和SST 湍流模型对混流泵内流场进行数值模仿，根据盘算后果剖析了混流泵的扬程、功率、效力和汽蚀性能随叶片厚度的变更法则。文中论断可为进步混流泵的水力设计水温和构造设计程度供给根据，到达勤俭能量和保障运行稳固性的目标。

基础方程

　　基于RANS 方程描写混流泵内不可压流体的三维定常活动，延续方程和动量方程分手为：

延续方程和动量方程

　　式中：ρ是水的密度，ui、uj是时均速度重量，Fi是体积力，p是压力，μ是湍动粘度。

　　选用SST湍流模型关闭RANS方程。该模型在近壁面区调用k－ω模型模仿，收敛性好；在湍流充足开展区调用k－ε模型模仿，盘算效力高。SST模型的湍动能方程和湍流耗散率方程分手为：

SST模型的湍动能方程和湍流耗散率方程

　　式中：σk3、β×、σω3、α3、β3、σω2 和F1 是由实践推导和实验得到的常系数。

混流泵性能盘算

　　盘算域包含进流管、叶轮、导叶体和出流管，各部件独自建模，两头通过接壤面衔接，如图1。各部件均采取六面体构造化网格进行团圆，如图2。斟酌到叶栅通道的周期性，叶轮和导叶体网格只针对单通道进行，分手采取J 型和H 型拓扑构造。叶片四周采取O 型网格，叶顶间隙采取独立的H 型网格。树立几种不同网格密度计划，考核了混流泵数值模仿精度对网格数量的依靠性，综合衡量盘算耗时和盘算精度指标，最终肯定出合理的网格计划为：进流管22。4 万、叶轮65。6 万、导叶52。3 万、出流管14。8 万，总共155。1 万。盘算得到一切壁面y＋小于60，满意湍流模型的请求。

数值盘算域和边界条件

　　采取基于有限元的有限体积法团圆掌握方程，应用效力较高、稳固性较好的全隐式耦合求解技巧进行求解。叶轮内的流场采取旋转坐标系盘算，进流管、导叶和出流管采取固定坐标系盘算；旋转域与运动域之间采取多参考系模型（MFR）解决，即对接壤面上的物理量进行周向均匀后互相传递。边界条件设置为：出口采取均匀的速度出口边界条件；出口采取自在出流边界条件；叶轮的轮毂和叶片设为绝对运动无滑移壁面，其它壁面设为绝对运动无滑移壁面。

　　树立了 5 种不同叶片厚度的混流泵模型，如表1，表中数值分手为叶根流面和叶缘流面的最大厚度占相应流面弦长的比例。除叶轮叶片厚度不同外，其它各部件构造完整雷同。