葉片厚度對混流泵性能的影響

采取高質(zhì)量構(gòu)造化網(wǎng)格團(tuán)圓混流泵盤算域，基于雷諾時(shí)均（RANS）方程和剪切應(yīng)力輸運(yùn)（SST）湍流模型對混流泵內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模仿。采取多種定性和定量指標(biāo)對不同葉輪葉片厚度時(shí)混流泵的揚(yáng)程、功率和效力特征及葉輪進(jìn)、出口的流場活動(dòng)狀況進(jìn)行對照剖析。后果標(biāo)明：在雷同流量下，隨葉輪葉片厚度減薄，泵的揚(yáng)程和功率增添，且最高效力點(diǎn)向大流量工況偏移，最高效力略有降低；葉輪葉片厚度減薄進(jìn)步了流場活動(dòng)均勻度，改良了葉片外表壓力散布狀況，使空化性能得以改良。

　　鉆研葉輪的構(gòu)造參數(shù)對泵類機(jī)械水力性能的影響具備明顯的工程指示意義。戴辰辰和韓小林進(jìn)行了葉頂間隙對軸流泵端壁間活動(dòng)及性能影響的數(shù)值模仿；丁思云和鄧德力進(jìn)行了葉片數(shù)對離心泵外部流場影響的鉆研；Bonaiuti剖析了葉片負(fù)載散布、葉片導(dǎo)邊歪曲水溫和葉片出口輪轂直徑等因素對混流泵水力效力和空化性能的影響。朱云耕和談明高分手進(jìn)行了壁面毛糙度對軸流泵性能影響的數(shù)值鉆研。葉片厚度對泵的揚(yáng)程、效力、汽蝕性能都有明顯的影響，這種影響個(gè)別是非線性的。從綜合性能最優(yōu)的角度來看，存在著既滿意構(gòu)造強(qiáng)度性能又滿意水能源性能的最佳葉片厚度。而目前在葉片厚度對混流泵性能影響上還缺少必要的鉆研。

　　近年來，將盤算流膂力學(xué)（CFD）技巧融入到泵類機(jī)械的研發(fā)、性能剖析和優(yōu)化設(shè)計(jì)歷程已成為一個(gè)活潑的范疇。本文樹立了混流泵數(shù)值模型，采取分塊構(gòu)造化網(wǎng)格團(tuán)圓，基于RANS 方程和SST 湍流模型對混流泵內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模仿，根據(jù)盤算后果剖析了混流泵的揚(yáng)程、功率、效力和汽蝕性能隨葉片厚度的變更法則。文中論斷可為進(jìn)步混流泵的水力設(shè)計(jì)水溫和構(gòu)造設(shè)計(jì)程度供給根據(jù)，到達(dá)勤儉能量和保障運(yùn)行穩(wěn)固性的目標(biāo)。

基礎(chǔ)方程

　　基于RANS 方程描寫混流泵內(nèi)不可壓流體的三維定?；顒?dòng)，延續(xù)方程和動(dòng)量方程分手為：

延續(xù)方程和動(dòng)量方程

　　式中：ρ是水的密度，ui、uj是時(shí)均速度重量，F(xiàn)i是體積力，p是壓力，μ是湍動(dòng)粘度。

　　選用SST湍流模型關(guān)閉RANS方程。該模型在近壁面區(qū)調(diào)用k－ω模型模仿，收斂性好；在湍流充足開展區(qū)調(diào)用k－ε模型模仿，盤算效力高。SST模型的湍動(dòng)能方程和湍流耗散率方程分手為：

SST模型的湍動(dòng)能方程和湍流耗散率方程

　　式中：σk3、β×、σω3、α3、β3、σω2 和F1 是由實(shí)踐推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)得到的常系數(shù)。

混流泵性能盤算

　　盤算域包含進(jìn)流管、葉輪、導(dǎo)葉體和出流管，各部件獨(dú)自建模，兩頭通過接壤面銜接，如圖1。各部件均采取六面體構(gòu)造化網(wǎng)格進(jìn)行團(tuán)圓，如圖2。斟酌到葉柵通道的周期性，葉輪和導(dǎo)葉體網(wǎng)格只針對單通道進(jìn)行，分手采取J 型和H 型拓?fù)錁?gòu)造。葉片四周采取O 型網(wǎng)格，葉頂間隙采取獨(dú)立的H 型網(wǎng)格。樹立幾種不同網(wǎng)格密度計(jì)劃，考核了混流泵數(shù)值模仿精度對網(wǎng)格數(shù)量的依靠性，綜合衡量盤算耗時(shí)和盤算精度指標(biāo)，最終肯定出合理的網(wǎng)格計(jì)劃為：進(jìn)流管22。4 萬、葉輪65。6 萬、導(dǎo)葉52。3 萬、出流管14。8 萬，總共155。1 萬。盤算得到一切壁面y＋小于60，滿意湍流模型的請求。

數(shù)值盤算域和邊界條件

　　采取基于有限元的有限體積法團(tuán)圓掌握方程，應(yīng)用效力較高、穩(wěn)固性較好的全隱式耦合求解技巧進(jìn)行求解。葉輪內(nèi)的流場采取旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系盤算，進(jìn)流管、導(dǎo)葉和出流管采取固定坐標(biāo)系盤算；旋轉(zhuǎn)域與運(yùn)動(dòng)域之間采取多參考系模型（MFR）解決，即對接壤面上的物理量進(jìn)行周向均勻后互相傳遞。邊界條件設(shè)置為：出口采取均勻的速度出口邊界條件；出口采取自在出流邊界條件；葉輪的輪轂和葉片設(shè)為絕對運(yùn)動(dòng)無滑移壁面，其它壁面設(shè)為絕對運(yùn)動(dòng)無滑移壁面。

　　樹立了 5 種不同葉片厚度的混流泵模型，如表1，表中數(shù)值分手為葉根流面和葉緣流面的最大厚度占相應(yīng)流面弦長的比例。除葉輪葉片厚度不同外，其它各部件構(gòu)造完整雷同。