葉片厚度對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)軸流泵性能影響的數(shù)值鉆研。葉片厚度對(duì)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(duì)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(duì)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常活動(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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)無滑移壁面，其它壁面設(shè)為絕對(duì)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。