軸流泵葉輪內(nèi)空化流動實驗研究與數(shù)值計算.pdf

1、本文的研究工作是在國家自然科學基金項目“軸流式葉輪內(nèi)非穩(wěn)態(tài)空化流的研究”(No.50776040)資助下完成。
　　 軸流泵廣泛應用于農(nóng)業(yè)排灌、城市供水、船舶行業(yè)及南水北調(diào)工程等國民經(jīng)濟重要領域。軸流泵作為大流量輸送流體的旋轉機械，不可避免地面臨空化和汽蝕的問題?？栈推g的發(fā)生會引起設備運行特性的改變、振動和噪聲等一系列問題，嚴重時甚至會使機組無法正常運行。因此，如何提高軸流泵空化汽蝕性能是水力機械研究領域的一個重要方向。

2、r>　　 本文從文丘里管空化流動研究入手，對不同工況下的空化流動進行拍攝實驗研究與空化數(shù)值計算，進而對模型軸流泵的性能進行實驗研究與空化數(shù)值計算。本文的研究工作及獲得結論主要有：
　　 1.設計了文丘里管空化流動實驗臺，運用高速數(shù)碼攝像機對各工況下文丘里管空化流動進行拍攝記錄實驗，分析空泡區(qū)域的形態(tài)特征。結合拍攝的空化區(qū)域的形態(tài)及試驗數(shù)據(jù)，對幾種常見湍流模型在文丘里管空化流動計算的效果做了詳細比較。結果表明RNG k-ε湍流模

3、型有明顯的優(yōu)勢。該研究為今后空化數(shù)值計算在湍流模型的選擇方面提供了參考。
　　 2.通過模型軸流泵外特性試驗，得到了模型泵的能量性能與汽蝕性能曲線。為驗證空化數(shù)值計算結果的準確性，先進行了非空化流動的數(shù)值計算，通過數(shù)值計算和試驗對比分析，結果表明預測曲線與試驗曲線趨勢基本一致，預測值與試驗值在設計工況附近比較吻合，這為后續(xù)的工作打下了基礎。
　　 3.基于完整空化模型和混合流體兩相流模型，對模型軸流泵葉輪內(nèi)空化流動進行數(shù)

4、值計算。選擇不同流量(0.8Q、1.0Q、1.2Q)下空化開始發(fā)生、臨界汽蝕點和空化嚴重時的工況比較分析葉輪內(nèi)空化流動的發(fā)展情況。并對不同工況下空化發(fā)生的位置、程度等參數(shù)比較分析，主要結論有：(1)在設計流量和小流量工況下，空化最初發(fā)生在葉片背面靠近輪轂處的局部低壓區(qū)；大流量工況下，空化最初發(fā)生在葉片背面進口至出口弦長的1/3處靠近輪轂的局部低壓區(qū)。(2)在臨界汽蝕點時，空化區(qū)域位于進口至靠近出口的位置，約占葉片背面面積的50％以上，空