带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的PIV测量与数值模拟.pdf

第卷第期机械工程学报
年月呵

带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的
测量与数值模拟,

袁寿其何有世袁建平丛小青赵斌娟
江苏大学流体中心镇江

摘要用技术和工程上广泛应用的一‘标准两方程模型,对不同工况带分流叶片的离心式水泵叶轮内部流
场进行了测量和计算模拟。通过试验测试和模拟计算,获得了不同工况下叶轮内的流速分布规律,揭示了叶轮内
流动的非对称性、长叶片吸力面进口附近有回流、各种工况下分流叶片前缘入口稍后吸力侧均存在一个高流速区、
分流叶片改善出口速度分布、随着流量增加叶轮内相对速度的大小增大明显等对带分流叶片离心泵性能有直接影
响的多种流动现象。
关键词分流叶片离心泵叶轮技术数值模拟
中图分类号

前言试验测量装置

为提高低比速离心泵效率,方法之一就是大试验泵模型

,,
幅度减小叶轮外径以减小叶轮圆盘摩擦损失。试验泵选用一流量卯一矽瓜扬程
但减小后,为达到规定的扬程,需选较大的叶转速元,比转速二,长叶片和分流叶
片出口角乃和增加叶片数,为减轻因叶片较多带片各为片圆柱形叶片,分流叶片的进口直径为叶

,
来的叶轮进口处排挤严重现象,采用长叶片和分轮外径的倍分流叶片位于流道中央的

。,
流叶片间隔布置,即分流叶片技术,参考文献〔模型泵叶轮和蜗壳均为有机玻璃制成其余为不

。
对带分流叶片低比速离心泵进行了外特性试验研锈钢,各个表面均抛光处理泵轴在进水端,以便

。
究,初步揭示了其水力性能的一些规律。但水泵摄像机拍摄叶轮内部的全部流动
叶轮内部流场是旋转流场,流体、叶轮和蜗壳的试验装里
相互作用十分复杂,至今国内外对其叶轮内的真测试系统采用美国公司生产的立体

,、、
实流动机理尚不完全清楚。因此,对带分流叶片系统测试仪器由编码器同步器激光器和

。
离心泵叶轮内流场进行测试和数值模拟,揭示其摄像机组成试验工作时编码器先发出信号触

,
内部流动的规律,对于提高泵的性能和优化设计发同步器同步器用来控制激光脉冲发出和图像采

,
很有必要。集的顺序保证系统中所有部件按照一定的时间顺

,、
目前有许多测量流速的方法和手段,技术序协调运行在同步器上可以设置激光器工作方式

、
是在流动显示的基础上发展起来的一种光学技术,工作方式脉冲延迟时间和双脉冲时间间隔

,。
它是一种非接触、瞬时、动态、全流场的直接速度等然后同步器使激光器和摄像机进行匹配

,
场测量仪器,获得了人们的普遍认可,并己成为研通过球面镜和柱面镜组成的光学组件将激光束变

。,
究复杂流场的一种测试手段。目前,将技术用为所需要的片光源在的采集区域内片光

。
于测试实用离心泵叶轮内部的流场尚不多见。参考源厚度约为。们以本系统采用的控制和分析
文献〕将普通离心泵进行改型设计,用技术对软件是公司开发的基于的

,。
其叶轮内部流场进行了测试。但对带分流叶离心泵采用处理器该软件能够

,
叶轮内流场的测试,国内外很少有报道。连续捕获帧像素图像通过批
处理操作,可快捷地得到流动瞬态的矢量场分布。
试验所用的示踪粒子是白色粉末,叶片及蜗
巾。,
高学校士点基金资助项目收到初稿收到,。
等博反光强烈的非测试区黑以减小反光干扰
修改稿壳域涂
年月袁寿其等带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的测量与数值模拟

试验时通过变频电源对电动机进行无级调速,静扬
程由差压变送器测量,流量由涡轮流量计测取,转
矩、转速由扭矩仪量测,试验简化装置如图所示。

注夕叶一一
计算机
·

·
津过习调节
阀
同步器

一
激光器

图试验简化装置图

试验过程

测量断面和工况
首先,对所选用的模型进行了设计工况和变工
况下的测试,试验设计工况下的转速为,图相对速度矢量及等值线图
测量断面布置在前后盖板的中间。
数值模拟
在中对所选用的模型叶轮进行三维几何
造型,在中生成计算网格。设置叶轮进口
边界条件、出口边界条件、固壁边界条件等川,采
用田一毛算法,使用计算软件,可
得出模型泵相关计算结果【。

结果与分析

设计工况
试验得相对速度矢量及等值线图如图。
、口、
计算所得进出相对速度等值线图相对速度等相对速度等值线出口相对速度等值线进口

。
值线整体图如图和图单位耐从图和图出、进口相对速度等值线
中可以看出如下几个方面
从图相对速度分布矢量图和等值线图可
以看出,出口相对速度沿出口边的切线方向甩出,
与叶轮旋转方向相反在长叶片吸力面进口附近处
可以看到有明显的回流现象发生。
对叶轮整个大流道,从图和图可以看
出叶片吸力面附近相对流速比压力面相对流速高,
最高流速位于吸力面,从吸力面到压力面相对流速
单调下降,符合有势流动理论假定。
在分流叶片前缘入口稍后吸力区,相对速度

。,
达到一个较高的值图试验测得为耐左右图相对速度等值线整体

。
计算所得该区域整体平均流速大致为岁图相对速度等