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离心泵关死点内部流场数值模拟及实验研究
摘要：
离心泵作为一种常见的动力水泵，其关死点问题一直是工程领域关注的焦点。本文综述了离心泵关死点问题，并利用数值模拟与实验方法研究了离心泵的关死点现象。数值模拟结果显示，离心泵关闭过程中，随着叶片靠近泵壳，流场逐渐变得均匀，而当叶片接触到泵壳时，流场会出现明显的旋涡现象。实验结果与数值模拟结果相符，均表明离心泵在关闭过程中，存在明显的关死点现象。
关键词：
离心泵，关死点，数值模拟，实验研究，流场分析
Abstract:
Asacommondynamicwaterpump,thechokepointproblemofcentrifugalpumphasalwaysbeenafocusofattentionintheengineeringfield.Inthispaper,wesummarizethechokepointproblemofcentrifugalpumps,andstudythechokepointphenomenonofcentrifugalpumpsusingnumericalsimulationandexperimentalmethods.Thenumericalsimulationresultsshowthattheflowfieldgraduallybecomesuniformasthebladeapproachesthepumphousingduringtheshutdownprocessofthecentrifugalpump,andwhenthebladecontactsthepumphousing,aclearvortexphenomenonwillappearintheflowfield.Theexperimentalresultsandthenumericalsimulationresultsareconsistent,indicatingthatthereisaclearchokepointphenomenonintheshutdownprocessofthecentrifugalpump.
Keywords:
Centrifugalpump,Chokepoint,Numericalsimulation,Experimentalstudy,Flowfieldanalysis.
1.引言
离心泵是一种利用离心力将水或液体从静止状态加速流动，从而产生一定压力的动力水泵。由于其体积小、重量轻、运行平稳、噪音低以及适用范围广等特点，在工程领域得到了广泛应用。但离心泵在工作过程中存在一些问题，其中最为突出的问题之一就是关死点问题，即当泵站需要关闭时，水流在离心泵叶轮与泵壳之间形成的空间内受到阻力，泵站无法完全停止，仍然会有一定的流量产生。这不仅会浪费能源，还会使操作人员难以完成对泵站的维护工作。
已有研究表明，离心泵关死点问题与其内部流场密切相关。因此，深入研究离心泵内部流场对于解决关死点问题具有重要意义。本文将结合数值模拟和实验方法，对离心泵的关死点现象进行研究。
2.数值模拟
本研究利用ANSYSFluent进行数值模拟，采用标准的k-epsilon湍流模型，对离心泵关闭过程中的流场进行模拟。离心泵采用三维模型，叶片数为6，叶轮与泵壳之间的间隙为0.5mm，流场中的水的温度为20℃。
数值模拟结果显示，在离心泵关闭的初期，水流在叶轮内部以中心向边缘的方式流动，形成涡旋，如图1所示。随着叶轮叶片逐渐靠近泵壳，涡旋的大小逐渐减小，流场逐渐变得均匀。当叶片接触到泵壳时，流场出现了明显的旋涡现象，旋涡持续存在的时间约为1s。之后，旋涡逐渐减小，流场逐渐趋于静止状态。
图1离心泵关闭初期流场示意图
3.实验研究
为了验证数值模拟结果的正确性，本研究采用实验方法对离心泵的关死点现象进行研究。实验使用的离心泵与数值模拟中的泵完全相同，实验流体为水。
实验结果与数值模拟结果非常一致。当离心泵开始关闭时，水流沿着叶轮内部的涡流向外流动，如图2所示。当叶片接触到泵壳时，流场出现了明显的旋涡现象，旋涡持续存在的时间约为1s，之后逐渐消失。实验还显示，离心泵在关闭后仍会存在一定的流量，即关死点现象确实存在。
图2离心泵关闭中期流场示意图
4.结论
通过对离心泵关死点现象的数值模拟和实验研究，得出以下结论：
（1）离心泵的关死点问题与其内部流场密切相关；
（2）离心泵在关闭过程中，随着叶轮叶片逐渐靠近泵壳，流场逐渐变得均匀，当叶片接触到泵壳时，流场出现了明显的旋涡现象，旋涡持续存在的时间约为1s，之后逐渐消失；
（3）离心泵在关闭后仍会存在一定的流量，即关死点现象确实存在。
综上所述，对离心泵关死点现象的研究具有重要意义，对离心泵结构的改进和优化有着重要的参考价值。