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清水單相介質(zhì)工況兩相介質(zhì)下泵性能曲線(xiàn)
2017-11-20 15:15:57

為保證CFD計算結果的可信度和準確性,將初始離心式管道泵的實(shí)驗數據,包括不同工況下的效率、揚程和軸功率,與初始模型的CFD計算值進(jìn)行對比,模型泵試驗及模擬的外特性曲線(xiàn)對比。整體上,數值模擬得到的性能曲線(xiàn)優(yōu)于試驗得到的性能曲線(xiàn),這是由于數值模擬過(guò)程中,將廣一水泵內流體的流動(dòng)和泵的結構做了適當簡(jiǎn)化和假設。試驗曲線(xiàn),流量取93.56m3/h時(shí),對應效率最大值68.62%。在整個(gè)流量范圍內,雖然數值模擬性能曲線(xiàn)與試驗性能曲線(xiàn)稍有差異,但是兩者的誤差不大,兩者的吻合程度較高。因此,可以認為數值模擬能夠真實(shí)地反映各工況條件下管道泵的性能,這利用數值模擬的方法對離心式管道泵進(jìn)行仿真計算提供了試驗支撐。


固液兩相介質(zhì)中顆粒的物理特性對離心式管道泵的內部流動(dòng)有著(zhù)巨大的影響。本節選取描述固相顆粒特征的3個(gè)參數:初始固相濃度Cv、顆粒粒徑式(mm)、顆粒相密度A(kg/m3)。分別固定其中2個(gè)參數,改變另外1個(gè)參數,探究顆粒相特性變化對泵內流動(dòng)規律的影響。


葉輪進(jìn)口處的靜壓最低,從葉輪進(jìn)口到葉輪出口,靜壓依次提高,梯度明顯。在葉輪出口與蝸殼隔舌之間的位置,壓力有最大值,這是由于此處流動(dòng)受阻,使得流體的動(dòng)能轉換成了靜壓能??拷仛さ某隹谔帀毫τ兴档?,由于蝸殼出口與出水段的進(jìn)口相連接,流體的流動(dòng)由蝸殼擴散段內的擴散流動(dòng)變成出水管內的圓管流動(dòng),流體在此處存在一定的速度擾動(dòng),使得流體的壓力減小。同時(shí),當Cv分別取0.1、0.2、0.3、0.4,泵內的最大壓力值分別為337837Pa、330025Pa、321999Pa、317018Pa。

圖1:葉輪與蝸殼流道z=0剖面上不同初始固相濃度時(shí)的靜壓分布(Pa)

流道內最大壓力值分別為345568Pa、330325Pa、305023Pa、286756Pa。當固相顆粒密度A相對較大時(shí),流道內的壓力下降明顯。這說(shuō)明在相同濃度的情況下,隨著(zhù)顆粒密度增大,兩相介質(zhì)的混合密度增大,離心式管道泵對固液兩相介質(zhì)的抽送能力減弱。相對速度在流道內的分布無(wú)明顯規律,當流體開(kāi)始流進(jìn)葉輪流道,葉輪流道進(jìn)口相對狹長(cháng),流體的通過(guò)速度就相對較快,導致葉輪進(jìn)口處的壓力降低,這也是汽蝕容易發(fā)生在此處的主要原因。沿流道的擴散,液相流體的速度有所降低,但并無(wú)明顯梯度。隨著(zhù)流道的持續擴散,由于葉片背面出口附近產(chǎn)生漩渦,出現脫流,導致了一個(gè)相對低速區域產(chǎn)生,于是葉片背面出口處的相對速度比工作面小。廣一化工泵葉輪出口與蝸殼進(jìn)口的交界處,在旋轉葉輪與靜止蝸殼的動(dòng)靜干涉影響下,在此處相對速度取得了較大值。同時(shí),伴隨初始固相濃度增加,葉片背面出口附近的低速區域有持續擴大的趨勢,且相對速度最大值也不斷增大,由CV=0.1時(shí)的9.78m/s增至CV=0.4時(shí)的13.9m/s。


葉輪內各流道中固相的相對速度矢量圖。此時(shí)工況為:流量與轉速均取設計值,顆粒粒徑式=1.0mm,顆粒相密度A=2000kg/m3。由圖可知,固相的相對速度與液相的相對速度整體上分布一致,但固相相對速度從葉輪進(jìn)口到出口逐漸變大的梯度比液相明顯,且矢量的指向從葉輪的進(jìn)口到出口的趨勢較液相好。特別是在濃度低于0.2時(shí),葉輪流道內并沒(méi)有產(chǎn)生漩渦,由于固相顆粒本身占據一定質(zhì)量與體積,慣性的作用可以抵消部分來(lái)自流道擴散而造成的流體擾動(dòng)。但伴隨初始固相濃度Cv逐步增加,固相顆粒之間的相互接觸與碰撞的機會(huì )增加,加劇了葉片背面的脫流,并在出口附近形成低速區域,葉輪流道內的固相相對速度的最大值也跟隨Cv的提升而變大,但略小于液相相對速度的最大值。

 


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