為揭示螺旋軸流式多相混輸泵的空化性能及不同空化階段下多相混輸泵性能的變化規(guī)律,基于標準κ-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,對螺旋軸流式多相混輸泵空化性能進行數(shù)值模擬,分析不同空化階段空泡的發(fā)展對流速和壓力分布的影響,揭示空化現(xiàn)象造成泵揚程下降的主要原因。結(jié)果表明,在螺旋軸流式多相混輸泵內(nèi),在空化初生階段,空泡主要集中在葉片吸力面進口處,隨著空化余量的減小,空泡沿葉片吸力面流線方向逐漸延伸,當空化余量為0.8m時,空泡同時出現(xiàn)在壓力面和吸力面上;當空化發(fā)展到壓力面時,易導致混輸泵的做功能力急劇下降;空泡體積分數(shù)越大,空泡末端區(qū)域的壓力梯度變化就越大,會造成邊界層分離和回流現(xiàn)象,加速空化的發(fā)展;空化會干擾葉輪內(nèi)部流體的流動,使得空化區(qū)域流體的流速變化較大,從而導致流動的穩(wěn)定性變差。研究結(jié)果可為多相混輸泵性能的改善提供參考。 

【文章來源】：水電能源科學. 2020,38(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖１螺旋軸流式多相混輸泵幾何模型Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｙｍｏｄｅｌｏｆａｘｉａｌ－ｆｌｏｗｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｐｕｍｐ

第３８卷第５期史廣泰等：空化對多相混輸泵內(nèi)流動特性的影響網(wǎng)格進行加密處理。經(jīng)網(wǎng)格無關性驗證后，最終確定整個流體域的網(wǎng)格數(shù)約為２６０×１０４個，葉輪和導葉流體域的網(wǎng)格劃分情況見圖２，其中葉輪和導葉區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)分別約為１３０×１０４、８０×１０４個。圖２葉輪及導葉網(wǎng)格劃分Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｅｓｏｆｉｍｐｅｌｌｅｒａｎｄｄｉｆｆｕｓｅｒ"#$空化模型采用ＡＮＳＹＳＣＦＸ提供的基于Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｐｌｅｓｓｅｔ方程的均相流空化模型，將空化流動視為具有平均流體特征的單相流，用來計算汽相與液相之間的傳質(zhì)過程，兩相之間的質(zhì)量傳輸率方程［６］如下。當Ｐｓａｔ＞Ｐ，液體汽化時，單位體積相界的質(zhì)量傳輸率ｍｌｖ為：ｍｌｖ＝ＮＢｄｍＢｄｔ＝３ｒｖρｖＲＢ２３Ｐｓａｔ－Ｐρｌ槡（１）當Ｐｓａｔ＜Ｐ，汽相液化時，單位體積內(nèi)相界的質(zhì)量傳輸率ｍｌｖ為：ｍｌｖ＝３ｒｖρｖＲＢＦ２３∣Ｐｓａｔ－Ｐ∣ρｌ槡ｓｇｎ（Ｐｓａｔ－Ｐ）（２）式中，ＮＢ為空泡個數(shù)；ｍＢ為空泡質(zhì)量；ｒｖ為空核半徑；ρｖ為蒸汽密度；ＲＢ為空泡半徑；Ｐｓａｔ為空泡內(nèi)部的壓力；Ｐ為空泡周圍液體的壓力；ρｌ為液體密度；Ｆ為經(jīng)驗系數(shù)，對于不同物理狀態(tài)的發(fā)生速率，Ｆ取值不同。"#%邊界條件基于標準κ－ε湍流模型對定常流場進行三維數(shù)值計算，該模型考慮旋轉(zhuǎn)和曲率影響，以及由相變引起的介

沿葉片流線方向整體壓力逐漸降低，這是由于進口壓力不斷降低；在空化余量大于０．８ｍ的范圍，葉片壓力變化較平穩(wěn)，且從進口到出口逐漸增大；當空化余量為０．８ｍ時，沿流線方向壓力先保持在０ｋＰａ左右，再突增到１００ｋＰａ左右，然后逐漸增大，其中壓力接近０ｋＰａ的范圍剛好對應空泡分布的區(qū)域，且從相對位置０．２左右到葉片出口邊的范圍內(nèi)壓力出現(xiàn)了小幅波動，這是由于空化的發(fā)展對內(nèi)部流場造成擾動，進而使得壓力分布不均勻。圖６０．５倍葉高處沿葉片流線方向的壓力分布Ｆｉｇ．６Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔ５０％ｂｌａｄｅｈｅｉｇｈｔａｌｏｎｇｓｔｒｅａｍｗｉｓｅｏｆｂｌａｄｅｓｕｒｆａｃｅ由葉片吸力面壓力分布曲線可知，當空化余量大于１．３ｍ時，葉片吸力面壓力沿流線方向呈先小幅減小，而后大幅增加，再逐漸變大的趨勢；當空化余量為１．３ｍ時，從葉片進口到相對位置·８５１·水電能源科學２０２０年

【參考文獻】：
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