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基于数值模拟的离心泵压力脉动特性分析

【摘要】:本章基于改进的质量输运空化模型及RNG k-湍流模型,对不同流量工况下离心泵非定常流动进行数值计算,并对非空化工况、空化工况下离心泵叶轮和蜗壳内不同监测点的压力脉动特性进行分析,为离心泵的稳定运行提供一定的参考。离心泵非定常流动数值计算中,小流量下选取非空化工况、NPSHa=1.05m和NPSHa=0.9m;设计流量下选取非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m,非定常计算总时长为10个叶轮周期,叶轮和蜗壳内各监测点压力脉动通过快速傅里叶变换取得频域特性。

人们对离心泵叶轮和蜗壳的动静干涉所诱导的压力脉动已有较多的研究[150-154]。由于泵特性与管网特性不匹配,离心泵往往无法在设计工况下运行,而在非设计工况下运行又容易产生空化,由此导致的压力脉动将引起泵的振动和噪声。随着空化模型的不断完善,目前,通过数值模拟手段研究离心泵内部非定常空化特性已成为热点[155-159]。本章基于改进的质量输运空化模型及RNG k-ϵ湍流模型,对不同流量工况下离心泵非定常流动进行数值计算,并对非空化工况、空化工况下离心泵叶轮和蜗壳内不同监测点的压力脉动特性进行分析,为离心泵的稳定运行提供一定的参考。

离心泵非定常流动数值计算中,小流量(0.8Qd)下选取非空化工况、NPSHa=1.05m和NPSHa=0.9m;设计流量(1.0Qd)下选取非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m,非定常计算总时长为10个叶轮周期,叶轮和蜗壳内各监测点压力脉动通过快速傅里叶变换(FFT)取得频域特性。叶片通过频率(Blade Pass Frequency)为fBPF=nZ/60=169.17Hz,叶轮旋转频率(Impeller Frequency)为fi=n/60=24.17Hz。