离心泵非定常空化流动特性研究_孟根其其格著.pdf

离心泵非定常空化流动特性研究孟根其其格著版权专有侵权必究图书在版编目（C I P）数据离心泵非定常空化流动特性研究/孟根其其格著.北京：北京理工大学出版社，2 0 1 9.3I S B N9 7 8-7-5 6 8 2-6 8 6 7-7.离.孟.离心泵-空化-研究.T H 3 1 1中国版本图书馆 C I P数据核字（2 0 1 9）第 0 5 1 5 6 1号出版发行/北京理工大学出版社有限责任公司社址/北京市海淀区中关村南大街 5号邮编/1 0 0 0 8 1电话/（0 1 0）6 8 9 1 4 7 7 5（总编室）（0 1 0）8 2 5 6 2 9 0 3（教材售后服务热线）（0 1 0）6 8 9 4 8 3 5 1（其他图书服务热线）网址/h t t p：/w w w.b i t p r e s s.c o m.c n经销/全国各地新华书店印刷/北京虎彩文化传播有限公司开本/7 1 0毫米 1 0 0 0毫米1/1 6印张/6彩插/1 0责任编辑/钟博字数/1 1 0千字文案编辑/钟博版次/2 0 1 9年 3月第 1版2 0 1 9年 3月第 1次印刷责任校对/周瑞红定价/3 0.0 0元责任印制/李洋图书出现印装质量问题，请拨打售后服务热线，本社负责调换书书书图 3.5 N P S H a=1.2 m时叶轮流道内空泡形态和叶轮中间截面上的流线分布（a）t=8 t；（b）t=3 2 t；（c）t=5 6 t；（d）t=8 0 t；（e）t=1 0 4 t；（f）t=1 2 8 t；（g）t=1 5 2 t；（h）t=1 7 6 t；（i）t=2 0 0 t；（j）t=2 2 4 t图 3.6 N P S H a=1.0 5 m时叶轮流道内空泡形态和叶轮中间截面上的流线分布（a）t=8 t；（b）t=3 2 t；（c）t=5 6 t；（d）t=8 0 t；（e）t=1 0 4 t；（f）t=1 2 8 t；（g）t=1 5 2 t；（h）t=1 7 6 t；（i）t=2 0 0 t；（j）t=2 2 4 t图 3.7 N P S H a=0.9 m时叶轮流道内空泡形态和叶轮中间截面上的流线分布（a）t=8 t；（b）t=3 2 t；（c）t=5 6 t；（d）t=8 0 t；（e）t=1 0 4 t；（f）t=1 2 8 t；（g）t=1 5 2 t；（h）t=1 7 6 t；（i）t=2 0 0 t；（j）t=2 2 4 t图 3.8 N P S H a=2.2 m时叶轮流道内空泡形态和叶轮中间截面上的流线分布（a）t=8 t；（b）t=3 2 t；（c）t=5 6 t；（d）t=8 0 t；（e）t=1 0 4 t；（f）t=1 2 8 t；（g）t=1 5 2 t；（h）t=1 7 6 t；（i）t=2 0 0 t；（j）t=2 2 4 t图 3.9 N P S H a=2.0 m时叶轮流道内空泡形态和叶轮中间截面上的流线分布（a）t=8 t；（b）t=3 2 t；（c）t=5 6 t；（d）t=8 0 t；（e）t=1 0 4 t；（f）t=1 2 8 t；（g）t=1 5 2 t；（h）t=1 7 6 t；（i）t=2 0 0 t；（j）t=2 2 4 t图 3.1 0 N P S H a=1.8 m时叶轮流道内空泡形态和叶轮中间截面上的流线分布（a）t=8 t；（b）t=3 2 t；（c）t=5 6 t；（d）t=8 0 t；（e）t=1 0 4 t；（f）t=1 2 8 t；（g）t=1 5 2 t；（h）t=1 7 6 t；（i）t=2 0 0 t；（j）t=2 2 4 t图 3.1 1 N P S H a=1.2 m时叶轮流道内空泡形态和局部速度矢量分布（0.8 Qd）（a）t=1 0 4 t；（b）t=1 2 8 t；（c）t=1 5 2 t；（d）t=1 7 6 t图 4.2 非空化工况下叶轮内压力脉动时域及频域图（a）叶片吸力面；（b）流道中间；（c）叶片压力面图 4.3 N P S H a=1.0 5 m工况下叶轮内压力脉动时域及频域图（a）叶片吸力面；（b）流道中间；（c）叶片压力面图 4.4 N P S H a=0.9 m工况下叶轮内压力脉动时域及频域图（a）叶片吸力面；（b）流道中间；（c）叶片压力面图 4.6 非空化工况下叶轮内压力脉动时域及频域图（a）叶片吸力面；（b）流道中间；（c）叶片压力面图 4.7 N P S H a=2.0 m工况下叶轮内压力脉动时域及频域图（a）叶片吸力面；（b）流道中间；（c）叶片压力面图 4.8 N P S H a=1.8 m工况下叶轮内压力脉动时域及频域图（a）叶片吸力面；（b）流道中间；（c）叶片压力面图 4.1 1 非空化工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（a）蜗舌区 V 1 V 3三个监测点；（b）蜗型段 V 4 V 8五个监测点；（c）蜗型段及扩散段 V 9 V 1 3五个监测点图 4.1 2 N P S H a=1.0 5 m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（a）蜗舌区 V 1 V 3三个监测点；（b）蜗型段 V 4 V 8五个监测点；（c）蜗型段及扩散段 V 9 V 1 3五个监测点图 4.1 3 N P S H a=0.9 m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（a）蜗舌区 V 1 V 3三个监测点；（b）蜗型段 V 4 V 8五个监测点；（c）蜗型段及扩散段 V 9 V 1 3五个监测点图 4.1 5 非空化工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（a）蜗舌区 V 1 V 3三个监测点；（b）蜗型段 V 4 V 8五个监测点；（c）蜗型段及扩散段 V 9 V 1 3五个监测点图 4.1 6 N P S H a=2.0 m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（a）蜗舌区 V 1 V 3三个监测点；（b）蜗型段 V 4 V 8五个监测点；（c）蜗型段及扩散段 V 9 V 1 3五个监测点图 4.1 7 N P S H a=1.8 m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（a）蜗舌区 V 1 V 3三个监测点；（b）蜗型段 V 4 V 8五个监测点；（c）蜗型段及扩散段 V 9 V 1 3五个监测点摘要空化是离心泵运行过程中的普遍现象，不仅会导致泵水力性能下降，还会产生振动、噪声，甚至破坏泵的过流部件。因此，深入研究空化问题对离心泵的安全、稳定、高效运行意义重大。本书以一台单级单吸离心泵为研究对象，采用试验和数值模拟相结合的方法深入研究了离心泵内部非定常空化流动特性。本书改进了空化数值计算模型，修正了质量输运空化模型的凝结项经验系数；利用改进的空化计算模型，计算了不同流量工况下的离心泵空化流动，计算得到的离心泵扬程随有效空化余量的变化曲线与试验结果吻合较好，验证了计算模型的准确性。本书采用改进的空化数值计算模型，计算了不同流量工况下离心泵内非定常空化流动。首先，不同空化阶段时离心泵叶轮内流线分布、空化发展过程及叶轮流道内空泡形态随时间的变化特征的分析结果显示：叶轮流道内空泡形态在不同空化阶段具有不同的周期性演变过程；叶轮流道内空化发展到一定程度时，由于反向射流和流动非稳定性的作用，空泡发生断裂并脱落。其次，离心泵叶轮和蜗壳内不同监测点的压力脉动频率及幅值的分析结果表明：叶轮内压力脉动主频为叶轮转频及其谐频，而蜗壳内压力脉动主频为叶片通过频率及其谐频；与非空化工况相比，在空化工况下叶轮和蜗壳内压力脉动幅值随有效空化余量的减小有增大也有减小；叶轮内压力脉动幅值增大的主要原因是流道内空泡连续的大尺度再生和溃灭，而其减小的主要原因是附着型空泡的“削波”现象；蜗壳内压力脉动幅值的变化主要由蜗壳内的二次流动引起，旋涡随时间剧烈变化造成脉动幅值增大或减小；离心泵内空化发展过程中，叶轮内出现很多低频压力脉动成分，并且其幅值随空化的发展而增大。第三，离心泵叶轮内空泡分布和叶片载荷分布的分析结果表明，离心泵扬程曲线下降的原因主要是叶轮内空泡阻塞作用，叶片载荷减小，降低了叶片做功能力。离心泵叶轮内空泡分布和叶片载荷分布的分析结果表明，离心泵扬程曲线下降主要是由叶轮内空泡阻塞作用引起的，叶片载荷减小，降低了叶片做功能力，导致离心泵扬程下降。关键词：离心泵；空化模型；空泡形态；压力脉动；叶片载荷A b s t r a c tC a v i t a t i o ni s ac o m m o np h e n o m e n o ni nt h e c e n t r i f u g a l p u m po p e r a t i o n，w h i c hm a yc a u s ead e c l i n eo nh y d r a u l i cp e r f o r m a n c e，v i b r a t i o na n dn o i s e，a n de v e nd e s t r o yt h ep u m pf l o wc o m p o n e n t s.T h e r e f o r e，f u r t h e r s t u d yo f c a v i t a t i o np r o b l e mi s o f g r e a t s i g n i f i-c a n c ef o r t h es a f e，s t a b l ea n de f f i c i e n t o p e r a t i o no f c e n t r i f u g a l p u m p.I nt h i sp a p e r，as i n g l e-s t a g es i n g l e-s u c t i o nc e n t r i f u g a l p u m pi s s e l e c t e da s t h er e s e a r c ho b j e c t，t os t u d yt h eu n s t e a d yc a v i t a t i o nf l o wc h a r a c t e r i s t i c si nt h ep u m pb yu s i n gt h ec o m b i n a t i o na p-p r o a c ho f e x p e r i m e n t a n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n.T h ei m p r o v e dc a v i t a t i o nm o d e l h a sb e e np r o p o s e db ym o d i f y i n gt h ec o n d e n s a t i o nc o e f f i c i e n t o f m a s s t r a n s p o r t c a v i t a t i o nm o d e l t oi m p r o v et h ec a v i t a t i o nm o d e l.T h e nt h ei m p r o v e dc a v i t a t i o nm o d e l i s u s e dt o c a l c u l a t e t h e c e n t r i f u g a l p u m pc a v i t a t i o nf l o wu n d e rd i f f e r e n t f l o wc o n d i t i o n s.T h ec a l c u l a t e dv a r i a t i o no f p u m ph e a dw i t ht h ea v a i l a b l en e tp o s i t i v es u c t i o nh e a di s i ng o o da g r e e m e n t w i t ht h ee x p e r i m e n t a l d a t a，s ot h