某立式离心水泵流场 PumpLinx数值模拟（二）

2013-10-14 14:21| 发布者: chenl| 查看: 3707| 评论: 0

摘要: 图3-1展示了PumpLinx的模拟界面，在计算过程中，可以实时色显各种流动物理量（如：压力，速度等）的分布，计算残差等。Plot窗口可以绘制出口流量脉动、压力变化及轴功率等的变化曲线。

图3-1 PumpLinx模拟界面

图3-1展示了PumpLinx的模拟界面，在计算过程中，可以实时色显各种流动物理量（如：压力，速度等）的分布，计算残差等。Plot窗口可以绘制出口流量脉动、压力变化及轴功率等的变化曲线。

压力分布

图3-2给出了工况1至6的压力分布计算结果，即转速为1300rpm，出口流量分别为365.35l/s、322.00l/s、301.80 l/s、287.62 l/s、276.65 l/s、263.17 l/s，水泵入口压力为301325Pa时，转动导叶区域的压力分布情况。可以看到：与进口段连接的部分为低压区，水进入叶轮区域之后由于叶轮的旋转径向进入导叶之间的流道，然后被叶轮沿径向甩出，由于离心效应压力逐渐升高。径向流出的水进入固定导叶区域，沿导叶进入蜗壳，并沿蜗壳流向出口。通过计算发现，在给定的几个不同的出口计算流量工况下，水泵内流场的压力分布规律相似，而通过Add XY-Plot功能读取水泵出口的面平均压力发现，出口压力会随着流量的减小而增大。

（a） 356.35l/s

（b）322.00l/s

（c）301.80l/s

(d) 287.62l/s

(e) 276.65l/s

(f) 263.17l/s

图3-2旋转导叶区域的压力分布

图3-3中所示为采用XY-Plot功能实时显示水泵出口总压随计算步数的波动情况，最后收敛于某一个稳定的数值；图3-4中所示为水泵的输入轴功率随计算步数的波动情况，那么我们所需要得到的功率可以直接从结果中读取得到，而扬程则可以通过计算进出口压差得到，功率和扬程得到后，效率也可以得到了。

图3-3水泵出口总压随计算步数的波动情况

图3-4水泵输入轴功率随计算步数的波动情况

以上计算得到的是在入口压力为301325Pa，该水泵在不同的流量下的压力分布情况。由于该入口压力相对较高，水泵没有发生明显的空化及大范围的空化区域产生，而水泵内的流场和压力场也比较容易达到稳定。为了预测空化对泵的扬程、功率及效率等特性的影响，以之前计算得到的这六个结果为基础，追加计算了各个计算流量下，当泵的入口压力逐渐降低时，该水泵的流场及气蚀特性。并预测该水泵在不同的入口流量下安全工作压力，以次得到不同流量下该水泵的扬程-气蚀余量曲线。追加计算的工况如表3-1所示：

	输入参数		水泵入口压力（Pa）
	nm	Qp
计算工况点	(r/min)	(l/s)
7	1300	356.35	201325
8		322.00
9		301.80
10		287.62
11		276.65
12		263.17
13	1300	356.35	181325
14		322.00
15		301.80
16		287.62
17		276.65
18		263.17
19	1300	356.35	151325
20		322.00
21		301.80
22		287.62
23		276.65
24		263.17
25	1300	356.35	121325
26		322.00
27		301.80
28		287.62
29		276.65
30		263.17
31	1300	356.35	101325
32		322.00
33		301.80
34		287.62
35		276.65
36		263.17

表3-1水泵计算参数设置

经计算发现，随着入口压力的降低，水泵内的空化区域会逐渐扩大，出口压力也逐渐降低，不过在某个范围内，水泵的扬程保持稳定。而在此过程中，会有一个临界点，当入口压力低于该临界点时，泵的扬程急剧下降，一般我们认为当扬程下降3%时泵即失效。在表3-1所示的工况中，当流量等于或低于301.80l/s时，在给定的入口压力下工作都是安全可靠的。我们就以流量为301.80l/s时的计算工况为例，如图3-5所示为水泵内流场在不同的入口压力下分布情况。

（a） 301325Pa

（b）201325Pa

(d) 151325Pa

(e) 121325Pa

(f) 101325Pa

图3-5旋转导叶区域的压力分布

当流量为322.00l/s时，当入口压力为121325Pa甚至更高时，虽然扬程降低较多，但流场稳定，可是当入口压力降低到101325Pa时，空化区域逐渐扩大，水泵扬程迅速降低，最终叶轮中心被吸空，出口流量降为零。如图3-6所示，为该工况下出口压力波动随计算步数的收敛曲线。叶轮中心被吸空后的压力场分布如图3-7所示。可见，当入口流量为322l/s时，水泵的安全工作压力至少不低于121325Pa。

图3-6入口压力为1atm，出口流量为322l/s时水泵出口压力降低

图3-7叶轮流域被吸空后的压力场分布

当流量为365.35l/s时，当入口压力为151325Pa甚至更高时，虽然扬程降低较多，但水泵内流场稳定，当入口压力降低至121325Pa甚至更低时，流场中出现了与图3-7中所示类似的情况。图3-8所示为水泵出口压力随计算步数的波动情况，图3-9为此时水泵内流场某个切面上的压力分布情况。最终，我们可知水泵在该设计流量下的安全工作压力应不低于151325Pa。