叶轮几何参数对多级离心泵性能的影响

Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．５２０１４－１０华东理工大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）收稿日期：２０１４－０３－２８基金项目：国家科技支撑计划（２０１３ＢＡＦ０１Ｂ０１）作者简介：胡良波（１９９１－），男，安徽六安人，硕士生，主要从事流体机械的数值模拟与结构优化。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊａｓｏｎｈｕ＿ｅｃｕｓｔ＠１６３．ｃｏｍ通信联系人：周邵萍，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｐｚｈｏｕ＠ｅｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１００６－３０８０（２０１４）０５－０６７５－０６叶轮几何参数对多级离心泵性能的影响胡良波，周邵萍，丁晓霞（华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室，上海２００２３７）摘要：用分离涡模拟方法对多级离心泵整机流场进行了模拟，用该方法得到的预测值与实验值吻合较好。采用分离涡模拟法考察叶片出口角、叶片包角、叶轮出口宽度和叶片数对离心泵性能的影响。结果表明在模拟的流量范围内，叶片出口角、叶片出口宽度、叶片数与泵的扬程正相关，叶片包角与泵扬程负相关。关键词：多级离心泵；分离涡模拟；叶轮几何参数中图分类号：ＴＨ３１１文献标志码：ＡＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＩｍｐｅｌｌｅｒＧｅｏｍｅｔｒｙＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＭｕｌｔｉｓｔａｇｅＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＰｕｍｐＨＵＬｉａｎｇ－ｂｏ，ＺＨＯＵＳｈａｏ－ｐｉｎｇ，ＤＩＮＧＸｉａｏ－ｘｉａ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅｏｆＰｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄＳｙｓｔｅｍ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐｓａｒｅａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｉｍｐｅｌｌｅｒｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＤｅｔａｃｈｅｄＥｄｄｙＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＤＥＳ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ．Ｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｎｅｓ，ａｎｄｔｈｅｏｕｔｃｏｍｅｓｈｏｗｓａｎａｃｃｅｐｔａｂｌｅａｇｒｅｅｍｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｓｅｓｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｓｕｃｈａｓｏｕｔｌｅｔａｎｇｅｌ，ｗｒａｐａｎｇｌｅ，ｏｕｔｌｅｔｗｉｄｔｈａｎｄｂｌａｄｅｎｕｍｂｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｌｅｔａｎｇｌｅ，ｏｕｔｌｅｔｗｉｄｔｈ，ｂｌａｄｅｎｕｍｂｅｒｓｗｅｒｅｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｈｅａｄ，ｗｈｉｌｅｗｒａｐａｎｇｌｅｗａｓｎｅｇａｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｈｅａｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｐｕｍｐｓ；ｄｅｔａｃｈｅｄｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｉｍｐｅｌｌｅｒｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ多级耐磨离心泵（ＭＤ）具有高扬程、高流量和高效率的特点，被广泛应用于矿山排水、城市及工厂供给水过程中。多级离心泵属于高能耗的动力机械，在全国呼吁节能的大背景下，对多级离心泵性能的优化研究具有重大的现实意义。随着计算流体力学和计算机的发展，运用数值模拟的方法预测离心泵内的流场分布和性能已成为可能［１］。罗先武等［２］采用标准ｋ－ε模型和ＶＯＦ空化模型预测泵的平均空化性能，研究结果表明延伸叶片的进口位置及加大叶片进口角均可较明显地改善离心泵的空化性能。黄思等［３］用ＡＮＳＹＳ－ＣＦＸ软件及标准ｋ－ε湍流模型，实现了对多级多出口离心泵整机全三维流场的数值模拟，得到水力效率与实验测定的水泵效率相符合。由于上述研究多采用雷诺时均模拟方法（ＲＡＮＳ），模拟结果反映的仅是流动的平均规律，并不能捕捉流动过程的瞬时脉动特性。１３１分离涡模拟方法（ＤＥＳ）结合了大涡模拟方法（ＬＥＳ）与ＲＡＮＳ的优点，在近壁区采用ＲＡＮＳ模型，在远离壁面的区域采用ＬＥＳ模型。基于这两点，ＤＥＳ兼有雷诺时均模型计算量小和大涡模型计算精度高的优点，不但可以很好地模拟高雷诺数下主流的湍流特性，而且可以像ＬＥＳ模型一样求解非定常的湍流流动。黄剑峰等［４］验证了ＤＥＳ方法能够全面真实地模拟水轮机内部的流动情况，捕捉到水力机械中复杂流道内的