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,采用計算流體力學(xué)方法,分別計算葉輪葉片數(shù)Z_1和導(dǎo)葉葉片數(shù)Z_2共12種匹配方案,每種方案均計算0. 8Q_0、Q_0和1. 2Q_0這3種流量,并通過模型試驗驗證了數(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,不同流量工況下混流泵的水力性能差異較大,適當增加葉輪葉片數(shù),會增加水泵的揚程、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】：

為了能夠真實地反映混流泵內(nèi)部復(fù)雜的流動情況，對混流泵段的流體域進行了全流場數(shù)值模擬，將計算域分為進水直管段、葉輪室、導(dǎo)葉體、后導(dǎo)水錐和出水彎管段共5個部分。混流泵段的計算模型如圖1所示。進水直管段、后導(dǎo)水錐和標準60°出水彎管段3個計算域均采用ICEM軟件進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格質(zhì)量達到0.4以上，符合計算要求。混流泵葉輪和導(dǎo)葉體在Turbo-Grid中進行結(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，選用標準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，利用有限體積法對控制方程進行離散。壁面采用無滑移邊界條件，近壁區(qū)域采用標準壁面函數(shù)處理，進口采用壓力進口邊界條件，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)變化對混流泵性能的影響。分別取Z1=4、5和6，計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�，當Q=0.8Q0時，葉輪的揚程隨葉輪葉片數(shù)的增加而變大，葉片數(shù)越多，揚程越高，而效率變化不明顯;Q=Q0時，揚程隨葉輪葉片數(shù)的增加而增加，而葉輪葉片增加到6片時效率下降較為明顯;Q=1.2Q0時，揚程增加并不明顯，而效率下降顯著，葉輪葉片數(shù)為6時的效率比葉輪葉片數(shù)為4時下降了約5%。在小流量工況下不同葉片數(shù)對效率影響不明顯;在大流量工況下由于揚程降低，摩擦損失占比較大，因此不同葉片數(shù)對效率影響較大�？傮w來看，不同流量下葉輪的外特性隨葉輪葉片數(shù)的增加變化趨勢是不一致的，揚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)部流動狀況，取設(shè)計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，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，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)面積擴大十分明顯，說明葉片做功能力明顯增強;Z1=6時，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，說明葉片進一步提高做功能力有限。這也驗證了外特性的變化趨勢。

為了更好地了解葉輪不同葉片數(shù)下的內(nèi)部流動狀況，取設(shè)計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，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，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)面積擴大十分明顯，說明葉片做功能力明顯增強;Z1=6時，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，說明葉片進一步提高做功能力有限。這也驗證了外特性的變化趨勢。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，但是也會致使葉輪的效率降低。并且，增加葉輪葉片數(shù)，葉輪的揚程并不是線性增加，汽蝕性能的改善也會隨著葉片增多而減弱。另外，當葉輪葉片數(shù)增加時，會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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