基于空化模型的多级离心泵汽蚀性能分析.pdf

2011年第39卷第1期流体机械29

文章编号：1005—0329(2011)01—0029—03

基于空化模型的多级离心泵汽蚀性能分析

黄思，管俊
(华南理工大学，广东广州510640)

摘要：应用Rayleigh．Plesset气泡方程建立离心泵空化模型，并与气液两相湍流控制方程耦合求解，得到了多级离心
泵内三维湍流场及气液相分布，捕捉到气泡的初生、发展及冷凝过程。计算了不同流量下的离心泵的必需汽蚀余量并与
实测结果进行了对比分析。
关键词：多级离心泵；空化模型；汽蚀性能；模拟计算
中图分类号：TH311文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．01．007

AnalysisonCavitationPerformanceinMulti-stageCentrifugalPumpBasedonCavitationModel

HUANGSi，GUANJun
(SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)

Abstract：AcavitationanalysismodelforcentrifugalpumpisdevelopedbasedontheRayleigh—Plessetbubbleequation．The3一

Dturbulentflowfieldandgas-·liquidphasedistributioninamulti·-stagecentrifugalpumparecomputedbysolvingthebubblee·-

quationcoupledwithtwo—phaseturbulentgoverningequations．Theprocessofbubblevaporization，growingandcondensationare

simulatedandvisualized．Thecavitationmodelandsimulationarevalidatedbycomparingnumericalsolutionswithtestedcurveof

Q—NPSHrforthepump．
Keywords：multi—stagecentrifugalpump；cavitationmodel；cavitationperformance；numericalsimulation

1前言及冷凝过程，预测离心泵的必需汽蚀余量。

离心泵在运行过程中，当局部压力低于当地温2离心泵的空化计算模型
度下的汽化压力时，液流就会产生汽蚀并影响离心
泵的性能，严重时可能会损坏泵过流部件、使泵不离心泵内气液各相流动控制方程如下：
能正常工作J。随着计算技术的迅速发展，CFD数连续方程为：

值模拟方法为分析泵汽蚀性能提供了一种新的手(qP)+‘()=(1)
段。Singhal等提出了一种空化模型并计算了离心
动量方程为：
泵内的汽蚀性能；刘宜等人也采用同样的模型应用
Fluent软件对离心泵内部汽蚀流动进行了数值模景(qP)+。()
拟。李军等应用修正空泡形状与RANS方程耦
=一OlgJP+·[丁g]+Otqpq+Olqpq(
合求解对离心泵汽蚀性能进行了数值计算；但由
于汽蚀特性的复杂性，不同空化模型对不同条件下+Fl+F)+(一一Vq)(2)
泵的汽蚀结果差异较大，还需要做进一步的工作。式中——第q相的体积率，且各相的Ol。总和
本文应用CFX软件将Rayleigh．Plesset气泡方程结为1

——
合气液两相湍流控制方程耦合求解，对多级离心泵。g相流速
内三维湍流进行数值模拟，捕捉气泡的初生、发展P——g卡目密度

收稿日期：2010—03—08
30FLUIDMACHINERYVo1．39，No．I，201I

——相g的粘性应力张量
。=p=4-P1(6)

善——重力加速度，

——如果表示气泡单位体积，那么气泡容积率
。相p和9界面的质量交换率

——相P和g间的动量交换率表示为：

——=NB=了~-I-
相外部体积力口2(7)

F蛳
，。——g相升力界面单位体积的质量流量为：

——
FVm‘dmB

．q相虚拟质量力
mj~=NB=
其中，下标P和q表示气相g或液相1。湍流[()](8)
计算选用标准k-e湍流模型。因此，可用以下的表达式概括气泡的汽化及
为得到式(1)中的质量交换率而具体表达冷凝过程：
式，考虑Rayleigh．Plesset方程。：／n#=F3c％pg[~2()】1／2sgn(P)
～一
3dR,~差=(3)(9)
式中——气泡半径式(9)中F是区分冷凝和汽化的经验系数，
P——局部液体静压因为冷凝和汽化的速度是不同的，一般来说，