復(fù)合葉片對(duì)高速部分流泵性能的影響

宋麗麗 荊野 夏國(guó)生 李娟娟 劉洋

摘要：應(yīng)用FLUENT軟件，對(duì)采用同一蝸殼配二種不同結(jié)構(gòu)形式葉輪的高速部分流泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬和性能預(yù)測(cè)。通過比較分析，提出采用復(fù)合葉輪能有效地降低曲線的陡降度，使泵的流量揚(yáng)程曲線變的更加平坦，并能提高泵效率。

關(guān)鍵詞：高速部分流泵;復(fù)合葉輪;數(shù)值模擬;性能預(yù)測(cè)

1 前言

部分流泵現(xiàn)已被廣泛用于航空航天、石油化工、化肥、制藥、消防等行業(yè)。特別是近年來，由于該型泵可靠性高、揚(yáng)程曲線平坦等獨(dú)特的性能在消防領(lǐng)域已被專家、學(xué)者及用戶所認(rèn)識(shí)和接受，并作為建筑消防專用水泵，在我國(guó)建筑消防事業(yè)中發(fā)揮著重大的作用[1]。該泵常采用徑向直葉片葉輪，流量揚(yáng)程曲線的陡降度常常達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。為此，本文提出環(huán)形蝸殼配8長(zhǎng)直葉片葉輪和5長(zhǎng)+5短直葉片葉輪的研究方案，利用FLUENT軟件，對(duì)高速部分流泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬[2、3]，探索復(fù)合葉輪對(duì)高速部分流泵性能的影響。

2高速部分流泵內(nèi)部流場(chǎng)CFD數(shù)值模擬

2.1基本參數(shù)

泵基本參數(shù)如表1所示。

葉輪結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)兩種：一種為長(zhǎng)直葉片葉輪（如圖1所示）;一種為長(zhǎng)短葉片復(fù)合葉輪（如圖2所示）。同時(shí)，為了方便討論依據(jù)葉輪的結(jié)構(gòu)形式將泵分為1#和2#，見表2。

2.2模型計(jì)算

泵內(nèi)部流動(dòng)區(qū)域選用Pro/E造型，用ICEM軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及部分邊界條件的設(shè)定，采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格劃分葉輪、蝸殼和泵的進(jìn)、出水管的計(jì)算區(qū)域，生成網(wǎng)格見圖3。

2.3邊界條件

（1）進(jìn)口條件：采用速度進(jìn)口條件。

（2）出口條件：采用自由出流（outflow）邊界條件。

（3） 固壁條件：采用無滑移固壁邊界條件，并使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法確定固壁附近的流動(dòng)。

3性能預(yù)測(cè)

根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果，同時(shí)為了直觀，1#泵和2#泵的效率和揚(yáng)程曲線如圖4所示。

在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，揚(yáng)程分別為 =236.24m， =237.41m;泵效率分別為=49.97%，=50.54%?？梢姡瑥?fù)合葉輪泵的效率較直葉片葉輪泵的效率有所提高。

從圖4中也可以看出，與1#泵相比，2#泵的揚(yáng)程曲線更加平坦。

由圖5可以看出，2#泵壓力在進(jìn)口前分布較均勻;但壓力的最小值有所提高，這是因?yàn)槎虖?fù)合葉輪的入口葉片數(shù)少，減少了液體的入口沖擊損失。

由圖6可以看出，2#泵進(jìn)口速度場(chǎng)分布情況有了很大的改善，流體除了由靠近蝸殼出口附近的流道進(jìn)入外，有很大一部分流體還能由其它流道進(jìn)入，說明復(fù)合葉輪進(jìn)口葉片數(shù)減少，增強(qiáng)了葉輪進(jìn)口處的過流能力。

5結(jié)論

1）在同一泵殼上配二種不同結(jié)構(gòu)形式葉輪，通過數(shù)值計(jì)算得出配復(fù)合葉輪的部分流流量揚(yáng)程曲線更加平坦，效率有所提高。

2）復(fù)合葉輪進(jìn)口葉片數(shù)少，提高了過流能力，減少了液體的沖擊損失。液體進(jìn)入葉輪流道后，由于葉片數(shù)的增加，液流的速度得到了明顯的改善，在大流量凸顯的軸向旋渦得到了有效的控制和減弱，使流量揚(yáng)程曲線更加平坦。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李新宏.部分流泵整機(jī)非定常流動(dòng)數(shù)值計(jì)算及研究.西安交通大學(xué)博士學(xué)位論文，2003.9：32-36.

[2] 劉在倫，曾憲湘.蝸殼形狀對(duì)高速部分流泵性能的影響[J].流體機(jī)械，2009，03：40-44

[3]荊野，李娟娟等.固相粒徑和濃度對(duì)旋流泵外特性影響的數(shù)值模擬[J].電子樂園.2019，4：278-280.