葉輪和導(dǎo)葉數(shù)量的合理匹配是保證大型調(diào)水工程泵站和泵裝置高效、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。為了研究某混流泵葉輪與導(dǎo)葉數(shù)量匹配優(yōu)化問題,采用計(jì)算流體力學(xué)方法,分別計(jì)算葉輪葉片數(shù)Z_1和導(dǎo)葉葉片數(shù)Z_2共12種匹配方案,每種方案均計(jì)算0. 8Q_0、Q_0和1. 2Q_0這3種流量,并通過模型試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。結(jié)果表明:改變?nèi)~輪葉片數(shù)時(shí),不同流量工況下混流泵的水力性能差異較大,適當(dāng)增加葉輪葉片數(shù),會(huì)增加水泵的揚(yáng)程、改善水泵的汽蝕性能,但是隨之摩擦損失增大、效率有所下降,而且流量增大時(shí)這種差異越明顯;在不同流量工況下,改變導(dǎo)葉葉片數(shù)對(duì)泵段水力損失的影響較為明顯,選擇合理的導(dǎo)葉葉片數(shù)對(duì)改善混流泵段的整體性能是有效的、可行的。
【部分圖文】：

為了能夠真實(shí)地反映混流泵內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)情況，對(duì)混流泵段的流體域進(jìn)行了全流場(chǎng)數(shù)值模擬，將計(jì)算域分為進(jìn)水直管段、葉輪室、導(dǎo)葉體、后導(dǎo)水錐和出水彎管段共5個(gè)部分�；炝鞅枚蔚挠�(jì)算模型如圖1所示。進(jìn)水直管段、后導(dǎo)水錐和標(biāo)準(zhǔn)60°出水彎管段3個(gè)計(jì)算域均采用ICEM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到0.4以上，符合計(jì)算要求�；炝鞅萌~輪和導(dǎo)葉體在Turbo-Grid中進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分�；贑FX數(shù)值模擬軟件，采用三維不可壓縮N-S方程描述混流泵內(nèi)部流動(dòng)，選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型封閉方程組。采用SIMPLEC算法求解不可壓縮N-S方程，利用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散。壁面采用無滑移邊界條件，近壁區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)處理，進(jìn)口采用壓力進(jìn)口邊界條件，出口采用質(zhì)量出流條件。

改變?nèi)~輪葉片數(shù)來探究葉輪葉片數(shù)變化對(duì)混流泵性能的影響。分別取Z1=4、5和6，計(jì)算得出不同葉輪葉片數(shù)下葉輪的外特性曲線，如圖2所示�？芍�(dāng)Q=0.8Q0時(shí)，葉輪的揚(yáng)程隨葉輪葉片數(shù)的增加而變大，葉片數(shù)越多，揚(yáng)程越高，而效率變化不明顯;Q=Q0時(shí)，揚(yáng)程隨葉輪葉片數(shù)的增加而增加，而葉輪葉片增加到6片時(shí)效率下降較為明顯;Q=1.2Q0時(shí)，揚(yáng)程增加并不明顯，而效率下降顯著，葉輪葉片數(shù)為6時(shí)的效率比葉輪葉片數(shù)為4時(shí)下降了約5%。在小流量工況下不同葉片數(shù)對(duì)效率影響不明顯;在大流量工況下由于揚(yáng)程降低，摩擦損失占比較大，因此不同葉片數(shù)對(duì)效率影響較大�？傮w來看，不同流量下葉輪的外特性隨葉輪葉片數(shù)的增加變化趨勢(shì)是不一致的，揚(yáng)程在小流量下變化幅度大，效率在大流量下變化幅度大。為了更好地了解葉輪不同葉片數(shù)下的內(nèi)部流動(dòng)狀況，取設(shè)計(jì)工況葉輪輪轂到輪緣span=0.6處的壓力分布云圖，如圖3所示�？芍琙1=4時(shí)，葉片吸力面存在較大的低壓區(qū)，在壓力面靠近尾緣的位置存在較小范圍的高壓區(qū);Z1=5時(shí)，葉片吸力面位置的低壓區(qū)面積減小，葉輪出口位置高壓區(qū)面積擴(kuò)大十分明顯，說明葉片做功能力明顯增強(qiáng);Z1=6時(shí)，葉輪壓力面出口位置高壓區(qū)面積增大，但增大量也不明顯，說明葉片進(jìn)一步提高做功能力有限。這也驗(yàn)證了外特性的變化趨勢(shì)。

為了更好地了解葉輪不同葉片數(shù)下的內(nèi)部流動(dòng)狀況，取設(shè)計(jì)工況葉輪輪轂到輪緣span=0.6處的壓力分布云圖，如圖3所示�？芍�，Z1=4時(shí)，葉片吸力面存在較大的低壓區(qū)，在壓力面靠近尾緣的位置存在較小范圍的高壓區(qū);Z1=5時(shí)，葉片吸力面位置的低壓區(qū)面積減小，葉輪出口位置高壓區(qū)面積擴(kuò)大十分明顯，說明葉片做功能力明顯增強(qiáng);Z1=6時(shí)，葉輪壓力面出口位置高壓區(qū)面積增大，但增大量也不明顯，說明葉片進(jìn)一步提高做功能力有限。這也驗(yàn)證了外特性的變化趨勢(shì)。結(jié)合圖2、3來看，葉輪葉片數(shù)增加可以提高葉片做功能力，提高揚(yáng)程;減小葉片吸力面的低壓區(qū)面積，可以改善葉輪的汽蝕性能，但是也會(huì)致使葉輪的效率降低。并且，增加葉輪葉片數(shù)，葉輪的揚(yáng)程并不是線性增加，汽蝕性能的改善也會(huì)隨著葉片增多而減弱。另外，當(dāng)葉輪葉片數(shù)增加時(shí)，會(huì)造成水流與葉片之間的摩擦損失相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致效率降低，這種現(xiàn)象在大流量工況下尤為明顯。
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