佛山水泵厂|水泵叶轮回流的优化仿真

通过模拟实验得知设计工况和大工况下的叶轮流场分布走势：叶轮整体压力分布均匀；泵内流动是轴对称的；液体垂直和无撞击的进入转动叶片：流动速度的大小和方向沿泵内缓慢变化。但当偏离设计工况和大工况时，多级泵内流动将急剧转化不稳定的复杂流动。它具体表现在泵内叶轮出现回流、失速、脱流，更进一步伴随叶轮流动不利现象的产生，出水直管区有死水域出现。而当叶片偏离设计工况时，影响泵性能的主要因素是回流。
然而非设计工况下的多级泵过流部件的几何形状和尺寸对流动的影响，其计算过程不仅繁复，而且实验资料也缺乏，目前仍然属于研究课题。佛山水泵厂借助于节能矿用排水泵模拟实验，对小工况下的回流现象做简要流动分析，并适当改变叶片流道几何形状和尺寸来减轻泵内回流现象，从而提高泵的效率。
一、非设计工况下的叶轮内回流区
小工况条件下，叶轮流道中的流体流速降低，且平均流速的降低与工况的减小成正比。但是旋转叶轮的流道中，流体流速分布是不均匀的。阻力小，压力低的区域流速要高。靠近叶轮轮穀附近流速高，而靠近前盖板附近流速低。按速度三角形分析，在叶片进口，若速度减小，相对速度的入射角将增大，使流动阻力増大，且流动正比于相对速度的平方。当工况进一步减小时，上述趋势增大，相对较多的水从轮毂测流入叶轮流道。按速度三角形分析，平均速度减小时，出口速度的周向分速度增大，转而引起扬程升高，流动的阻力也增大，叶片泵效率降低。
若工况继续减小，则这种趋势加重，由于叶轮进口速度重新分布，这时在叶片进口，水产生了负的周向分速度，这可以想象为负的周向分速度试图填补由于相对速度倾斜产生的低压峰值，扬程继续增高，但是撞击损失增大又会抑制扬程的增高。
工况再减小时，进入叶轮的流速分布开始出现不均匀流动，并在靠近前盖板部位的叶片进口处产生周向分速度，这时对应的工况称为下临界工况。当工况低于下临界工况时，进口轴面速度重新分布，进口周向分速度的数值和范围都增大，在叶片前盖板部位，形成稳定回流。在叶轮进口出现回流区的同时，在叶轮出口也出现了回流区。用示踪线在叶片进口观察，可见丝线附着叶片低压面，说明液流方向与叶片进口低压面一致。工况继续减小，两个回流区会随之增大，有效流动区束窄。图1给出了节能矿用排水泵模拟实验得到的简化回流示意区。
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