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基于环量分布的高比转速混流泵的设计、数值模拟及试验研究
摘要：
本研究以高比转速混流泵为研究对象，采用CFD数值模拟技术和试验研究方法，通过分析环量分布特征，探究高比转速混流泵的设计和性能优化。建立混流泵的三维数值模型，采用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法，得到了混流泵在不同转速下的流体力学特性。同时进行试验研究，并对数值模拟结果进行验证。结果表明，高比转速混流泵在多级转速下具有较稳定的效率和较低的NPSH值。通过调整叶轮叶片和导叶片的几何参数和布局方式，可以进一步提高混流泵的性能，满足特定工况下的流量和扬程需求。
关键词：环量分布，高比转速混流泵，数值模拟，试验研究，性能优化
Abstract:
Thisstudyfocusesonthedesign,numericalsimulation,andexperimentalresearchofthehighspecificspeedmixedflowpumpbasedonthedistributionofcirculation.TheCFDnumericalsimulationtechnologyandexperimentalresearchmethodareadoptedtoexplorethedesignandperformanceoptimizationofhighspecificspeedmixedflowpumpsbyanalyzingthecirculationdistributioncharacteristics.Athree-dimensionalnumericalmodelofthemixedflowpumpisestablished,andthestandardk-εturbulencemodelandSIMPLEalgorithmareusedtoobtainthehydrodynamiccharacteristicsofthemixedflowpumpatdifferentspeeds.Atthesametime,experimentalresearchwascarriedoutandthenumericalsimulationresultswereverified.TheresultsshowthatthehighspecificspeedmixedflowpumphasstableefficiencyandlowNPSHvalueatmultiple-stagespeeds.Byadjustingthegeometryandlayoutoftheimpellerbladesandguidevanes,theperformanceofthemixedflowpumpcanbefurtherimprovedtomeettheflowrateandheaddemandunderspecificoperatingconditions.
Keywords:circulationdistribution,highspecificspeedmixedflowpump,numericalsimulation,experimentalresearch,performanceoptimization
1.引言
混流泵又称离心复合式泵，是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵。混流泵在流量和压力范围上具有良好的性能表现，广泛应用于给排水系统、火灾灭火系统、油田水系统等领域。近年来，高比转速混流泵被越来越广泛地应用于多级泵站等工况下，其高效节能的性能优势受到了研究人员的关注。本论文以高比转速混流泵为研究对象，探究其在不同工况下的流体力学特性，为混流泵的设计和性能优化提供指导。
2.理论分析
2.1环量分布特征
环量分布是混流泵性能分析的重要基础，对预测混流泵的性能和研究叶片气动水动力有着重要的作用。环量分布的定义是一个流体元在其运动过程中的环量大小，一般表示为m。在混流泵的设计中，环量分布的均匀性是影响混流泵性能的重要因素之一。混流泵流体的流动状态与叶轮的几何参数密切相关，在同一转速下，通过改变叶轮的叶片弯角、叶片数目、叶片高度等几何参数可以得到不同的环量分布特性。
2.2混流泵的流体力学特性
混流泵是一种复杂的液体流体力学系统，其性能受多种因素影响，包括转速、密度、粘度、叶轮叶片几何形状和流体入口等。混流泵的性能参数主要包括总扬程、流量、效率和NPSH等。其中，总扬程是混流泵的主要设计参数，代表着泵所能提供的压差大小；流量是指泵在单位时间内能够处理的流体体积，通常以m³/h为单位；效率是指泵的能量输入与输出之间的比率，通常表示为百分比；NPSH是泵的正常操作所需的最低入口压力，其大小与泵的性能、进口液体的物理性质、系统压力和入口管线布局等因素有关。
3.数值模拟
3.1模型建