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内部监测压力值的对比

[ 时间:2018-06-12 来源:http://www.kenflor.com 作者:佛山肯富来水泵厂 点击: ]

定义叶轮出口边宽度中间位置的轴向平面为轴向中心平面,图1为传统叶轮离心泵数值计算获得的轴向中心平面上的速度场分布与实验结果对比。可见,传统叶轮离心泵在各个流量工况下,佛山肯富来水泵数值计算结果与PIV实验测试结果吻合较好。叶轮流道内主流流体主要沿着吸力面侧流动,压力面侧存在一个大的反向旋涡,并伴生一些随机的小涡旋。随着流量的增大,增强的主流逐步向压力面侧移动,则近压力面侧的反向涡旋由于受到增强主流的抑制而逐渐减弱。

图1:数值计算的速度场分布与实验结果对比(左PIV,右CFD)

数值计算的速度场分布与实验结果对比(左PIV,右CFD)

图1为缝隙引流叶轮离心泵数值计算获得的轴向中心平面上的速度场分布与实验结果对比,两者在各流量工况下均吻合较好。总体上讲,缝隙引流叶轮流道内的速度分布及其随流量变化的演化规律与传统叶轮类似,但对于缝隙引流叶轮离心泵在各流量工况下,数值计算也均捕捉到有一部分流体经缝隙从压力面侧流向吸力面侧。

 

采用SDES方法计算的离心泵水力性能和速度场分布与实验测量结果进行了对比,两者能较好地吻合,这说明目前的数值计算方法已有效地捕捉到离心泵内部流动的主要特征,因此目前的数值计算结果可作为后续详细对比分析的依据。

 

由于蜗壳结构的不对称性,离心泵各流道内的速度分布并不相同,在近蜗壳出口的流道内相对流速稍高。在同一工况和相位时,传统叶轮和缝隙引流叶轮离心泵内部总体流动趋势相同,但采用前缘偏置和重叠设计的小叶片结构使得缝隙引流叶轮内部速度分布更加均匀,而传统叶轮在流道进口位置相对速度大小明显增强,且在靠近叶轮出口区域,主流提前出现偏离吸力面而转向压力面侧流动的趋势。根据佛山肯富来水泵厂对流体微团的受力分析和罗氏比数的定义,当传统叶轮内的主流相对速度出现局部增大,会使得作用于流体微团上的科氏力增强,从而比缝隙引流叶轮提早出现偏向压力面侧流动的趋势。可以预见,随着流量的进一步加大,传统叶轮将比缝隙引流叶轮更早出现所谓的“射流-尾迹”结构。此外,在传统叶轮内,高速的主流会与低速区流体发生强剪切,引起流体微团发生剪切变形,可见,传统叶轮内流体微团的剪切变形在叶片前缘压力面侧和尾缘吸力面侧均出现了明显增强,而缝隙引流叶轮内的剪切变形则要小很多。由于传统叶轮内湍流粘性耗散明显强于缝隙引流叶轮,这就使得传统叶轮内的能量损失会大于缝隙引流叶轮,从而使得传统叶轮离心泵的水力性能较低。

 

由于时域统计分析中的有效值(也称均方根值)描述了随机信号在其均值附近的分布,可反映监测信号总体的波动情况。下面针对传统叶轮和缝隙引流叶轮离心泵,对数值计算监测的压力均方根值在不同的流量工况下进行对比分析,以评估两种叶轮离心泵的运行稳定性。

 

佛山肯富来水泵内监测压力的均方根值对比,其中均方根值的计算采用叶轮旋转五圈的监控数据。可见,两种叶轮离心泵内的压力脉动随流量变化的趋势相同,即离心泵在偏离特征流量工况运行时,其内部的压力脉动会增强,特别是在偏大流量工况时,内部的压力脉动急剧增大。此外,缝隙引流叶轮离心泵内的压力脉动强度总体低于传统叶轮离心泵,这说明本文设计的缝隙引流叶片结构不仅可以显著提高离心泵在较大流量工况下的水力性能,而且还可以提高离心泵在全工况范围内的运行稳定性。

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