离心泵气蚀性能的数值计算与分析

1、第卷第期年月华中科技大学学报（自然科学版）（离心泵气蚀性能的数值计算与分析杨孙圣孔繁余周水清王文廷（）江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江摘要：为了对离心式叶片泵发生气蚀时的内部气液两相流动进行深入分析，应用计算流体力学（技术）对一台比转速为得到了气蚀发生时泵内部气液两相分布规的离心泵的气蚀性能进行了定常数值计算，）律和温度分布规律，并对临界气蚀余量（时叶轮内部的气泡分布规律进行了探讨，得到了泵在临界气蚀余量时外特性下降的原因；对该实型泵进行了实验研究，实验结果验证了数值计算的准确度关键词：离心泵；气蚀性能；气液两相流；数值模拟；流体力学（）中图分类号：文献标志码：文章编号：（，），：，

2、（）（：；其气蚀性能在离心泵的设计和使用过程中，在离心泵运行过程通常是必须考虑的因素之一中，当叶片泵内部局部位置处的压力低于输送液就会产生气泡、发生气蚀当离心体气化压力时，泵气蚀时，会引起泵外特性的改变、产生振动噪声，以及过流部件的腐蚀破坏因此有必要对离实验验证计算模型采用单级轴向吸入型离心泵，设计流量转速扬程比转速，主要水力部件有直锥型吸入室，扭曲叶片心泵气蚀时气液两相流进行深入研究目前对泵内部气蚀进行研究主要有实验和数值计算种方法本文应用软件，对一台比转速为的离心泵在设计工况下进行了气蚀性能的数值计算和分析，得到了内部流场气液两相的分布规律，并对数值计算结果进行了收稿日期：叶轮和螺旋型蜗壳

3、计算区域由吸入室、叶轮和蜗壳的内部流道为避免进出口速度梯度较大而影响部分组成，计算结果，对吸入室和蜗壳出口进行了适当延长应用的前处理软件进行网格划，：作者简介：杨孙圣（男，博士研究生，）基金项目：国家科技支撑计划资助项目（··华中科技大学学报（自然科学版）第卷分，吸入室流道采用结构网格划分，网格数为由于模型的复杂性，因此对叶轮和蜗壳在曲率半径较流道采用核心面体非结构网格，小的部位采用了局部加密功能，网格数分别为整个模型的网格总数为和，图为计算区域的网格 采用二阶离散格式对计算区域进行离散，计算精度设为高精度，收敛精度设为×由液体密度会发生变化，因此将泵内于气泡发生

4、时，部的流动设为可压缩流动在计算过程中考虑了热传导，进口边界条件设为总压进口通过调节进口总压，使泵内部发生气蚀进口处水的体积分数设为，气泡的体积分数设为出口边界条件设通过调节进口压为质量出口以控制模型的流量力改变进口的有效气蚀余量，从而控制泵内部气叶轮与蜗壳、吸入室交界面用蚀发生程度连接图计算区域的网格数值模拟参数设置湍流模型选用较常用的湍流模，气蚀模型为输送型模型，温度设为水的气化压介质为的清水，力为近壁面处选用标准壁面函数，壁面边界条件设为绝热无滑移壁面，壁面粗糙度设为数值计算结果分析叶片表面的气泡体积分数与温度分布图和图分别是在设计流量下，叶片表面在不同气蚀余量下的气泡体积分数与温度分布

5、其中时为计算所得到的泵的扬程下降，的气蚀余量有效气蚀余量按公式（） ）图 不同气蚀余量时叶片表面的气泡分布图不同气蚀余量时叶片表面的温度分布进行计算，式中：为为泵进口处的绝对压力；泵进口处的平均速度；这与输送介质温度对应的介质的气化压力；为重力加速度；为输送介质密度从图中可以看出，泵内部发生气蚀时，气泡分布在叶片背面局部低压区域，并且在每个叶片表面体积分数分布不是完全对称的；当有效气蚀余量降低时，叶片表面的气泡体积分数逐渐增加，叶片表面的低温区域逐渐扩大气泡分布在叶片背面是由于该处和进口其他位置相比半径大，因此圆周速度大，相应进口压力损失和绕流引起的压降变大，此外还有液体转弯时离心力效应等因素

6、；由于蜗壳等过流部件的不对称性而使叶片处在不同相位时其表面的压力不同，导致每个叶片表面气泡分布的不对称性；气蚀发生时输送介质气化产生气泡，随着有效气蚀余，量的降低，泵内部的气蚀发展程度越来越严重，使叶片表面的气泡体积分数逐渐增加；由于液体气因此叶片表面发生气蚀的部位温度较低，化吸热，而且随着气蚀的越来越严重，叶片表面的低温区域会逐渐扩大叶轮内部的气泡体积分数图是设计流量下，临界气蚀余量通过在叶轮内部建立的时，气泡等体积分数面从图可以看出，在临界气气泡已经占据了叶轮的部分流道， 影响蚀余量下，图临界气蚀余量时叶轮内部的气泡分布了叶轮与液体之间的能量交换，在外特性上表现效率、轴功率等的下降为扬程、数值计算结果对