為了解流動參數對混輸泵內氣液相間作用特性的影響,針對不同進口含氣率（3%、9%、15%）、不同流量（0.75Q_d、Q_d、1.25Q_d）和不同進口氣泡直徑（0.1 mm、0.4 mm、0.7 mm、1.0 mm）條件,利用ANSYS CFX對一葉片式氣液混輸泵進行了全流道數值模擬。計算結果表明:不同進口含氣率下,泵內氣液相間作用力中均是阻力起主導作用,湍流彌散力大小可忽略;隨進口含氣率增加,各相間作用力逐漸增大,且葉輪內相間作用力的增大幅度大于導葉。當Q=0.75Q_d時,葉輪進口處阻力、附加質量力、升力以及葉輪內阻力均出現了明顯增大。同時,進口氣泡直徑增加,葉輪內阻力、附加質量力和升力均增大,而導葉內相間作用力的變化相對較小。 

【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(08)北大核心EICSCD

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

圖２葉輪和導葉網格??Ｆｉｇ．?２?Ｍｅｓｈ?ｆｏｒ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ?ａｎｄ?ｇｕｉｄｅ?ｖａｎｅ??

１９１２??工程熱物理學報??４１卷??輸泵內氣液相間作用一直是研究的難點，相關研究??相對較少，文獻［７］？［９］雖然對該類泵內氣液相間??作用力的量級及變化規(guī)律進行了初步計算分析，但??相關研究仍有待進一步深入研究。??本研究基于歐拉雙流體模型，利用ＡＮＳＹＳ?ＣＦＸ??軟件對一氣液混輸泵內流動進行了全流道數值模擬，??探討了進口含氣率、流量、進口氣泡直徑等參數對泵??內氣液相間力的影響，進一步了解了葉片式混輸泵??內氣液相間作用特性。??１研究對象??圖１是氣液混輸泵的試驗泵模型，包括進出口管??道、葉輪和導葉四部分。該泵的設計流量為５０?ｍ３／ｈ、??設計轉速２９５０?ｒ／ｍｉｎ、設計揚程１５?ｍ、葉輪和導葉??葉片數分別為４和１１．為了便于高速攝影機觀察泵??內氣泡的運動及分布規(guī)律，葉輪和導葉的外殼均用??透明的有機玻璃加工而成。??阻力通常被認為最重要的氣液相間作用力，計??算表達式為：??？Ｆｂ．ｉ?＝—辦名＝｜ｙｇ?—?Ｖｉ｜?（Ｖｇ?－?Ｔ４）?（３）??其中，是氣泡直徑；ＣＤ為阻力系數，其通常是決??定阻力模型精度的關鍵。由于目前被廣泛用于混輸??泵的Ｓｃｈｉｌｌｅｒ?Ｎａｕｍａｎｎ模型和定常阻力系數模型對??于較大進口含氣率工況預測不夠精確，因此對阻力??模型系數進行了修正，修正后的阻力模型系數為：??／?２４?（１?＋?０．１ｉ？ｅｇ－７５）／ｉ？ｅｂ，?＼??＾Ｄ－ｍ?￣?ｎｉａｘ?Ｑ?／??Ｉ?（４）??、＃ｂ＾／（Ｐｉ－Ｐｇ）分／。（１—〇ｇ）?〇?’５?乂??附加質量力、升力和湍流彌散力的計算表達式??如式（５）？（７），其中，ＣＡ、Ｃｔ、ＣＴ分別為各相間作用?

結轉子法。在數值求解方面，??對流項和湍動能相均采用二階迎風格式求解，收斂??殘差為ｌｘｌＯ－４。??３結果與討論??３．１計算模型驗證??關于本文采用的數值計算模型的可靠性已在??文獻［１３］進行了詳細介紹。通過與試驗工況對??比，純水設計工況數值計算的效率和揚程相對誤??差分別為０．９４％和２．９７％。當進口含氣率分別為??３％、９％、１５％和２１％時，數值計算得到的栗揚程??相對誤差分別為３．００％、２．０７％、３．３０％和１．５７％。??３．２進□含氣率的影響??圖３是當進口含氣率分別為３％、９％、１５％時，??葉輪和導葉流道內阻力、附加質量力、升力和湍流??彌散力沿著流動方向的變化對比。由圖３可知，整??體上，葉輪和導葉流道內四種氣液相間作用力的大??小順序分別為阻力、升力／附加質量力、湍流彌散力，??且湍流彌散力的大小與其余三種力相比可以忽略。??同時，在葉輪進口及出口處的阻力、升力和附加質??量力均出現了明顯地突然增大現象。??隨著進口含氣率的增加，葉輪和導葉流道內各??相間作用力均逐漸增大，這是因為由阻力、附加質??量力和升力的計算表達式（３）、（５）、（６）可知，含氣??率是影響相間作用力大小的因素之一，且與其成正??相關關系。隨著進口含氣率的增加，氣體在葉輪和??導葉流道內的聚集程度逐漸增大（如圖４），阻塞了??流道，減小了過流面積，進而使流道內的氣液流動??變得更加紊亂，相間作用增強。??３．３流量的影響??通過３．２節(jié)分析，湍流彌散力的大小相對其余三??軸面相對距離ｚ／／??（ｄ）湍流彌散力??圖３不同進口含氣率下葉輪和導葉流道內相間作用力對比??Ｆｉｇ．?３?Ｉｎｔ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]葉頂間隙對低比轉速混流泵性能及內部流場影響的數值研究[J]. 張文武,余志毅,祝寶山,楊策.  機械工程學報. 2017(22)
[2]螺旋軸流泵內氣液兩相流型可視化研究[J]. 張金亞,蔡淑杰,朱宏武,強睿.  工程熱物理學報. 2015(09)



本文編號：3483896