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离心泵压水室形式对微型电泵性能影响的数值模拟~2
2017-5-25 13:04 中国泵阀制造网 作者:佚名 点击:1883
【中国泵阀制造网 行业论文】微型电泵是指输入功率小于1.1kW的泵。它具有流量小、扬程高、重量轻、结构简单、通用性强、使用方便等特点,压水室是泵的主要过流部件之一,其形式主要有螺旋形压水室、环形压水室以及空间导叶。本文以此为思想,在螺旋形压水室的基础上,根据环形压水室的设计理论以及机械加工的难易程度,设计了矩形断面的3种环形压水室,并将这4种压水室与同一叶轮组合进行三维定常数值模拟...

   2模型建立及算法

  2.1模型的建立通过PRO/E进行实体建模,然后导入ICEM对模型进行网格划分。建模时,为了避免进口旋涡区对流场及流量的影Pfi,在叶轮进口段加一进口管,其长度为进口直径的3倍;考虑到出口边界条件对蜗壳出口流场以及收敛性的影响,在蜗壳出口段加一出口管,其长度为出口直径的5倍。进出口管采用结构化六面体网格;而叶轮和蜗壳流道形状复杂,采用非结构四面体自适应贴体网格。

  2.2数值计算方法数值模拟计算使用ANSYSCFX12.0求解雷诺时均方程,其中的雷诺应力项采用标准e湍流方程模型求解并封闭方程组。在ANSYSCFX12.0中,采用有限体积法对方程组进行离散,离散过程中的对流项采用高分辨率格、设计点工况和大流量工况(1.4倍的工况)分析两种泵在不同工况下的静压云图。

  将两种泵的静压进行对比,由可知:在0.6(工况下,1号泵和3号泵出口静压基本相同,3号泵的环形压水室与叶轮内的静压变化较均匀,而1号泵的螺旋形压水室在靠近隔舌处压力梯度较大,同时叶轮在靠近隔舌叶片压力面出口处有明显的高压区,这是由于1号泵在小流量下流动不均匀,速度矢量方向混乱,产生回流造成的。在1.0Qi工况下,环形压水室内的静压分布呈现先增大后减小再增大,原因可能为环形结构的压水室隔舌和叶轮间的间隙过大,不可避免的会出现一不同工况点下两种泵的静压云图些回流现象,在隔舌处部分流体重新进入压水室。但正是由于回流起分流作用,使压水室出口断面的流速大大降低,实现泵出口动能向压能的转换,这一结果和螺旋形压水室是不同的。

  在1.4(3,工况下,两者的出口静压有明显差异,环形压水室的出口静压明显高于螺旋形压水室。原因可能是在流量越大时,压水室的沿程摩擦损失占的比重越大,环形压水室内壁光滑的优势越突出。另外,两个泵出口静压的差异与扬程曲线的差异具有致性。

  综合可知螺旋形压水室的压力及速度仅在泵的最高效率点均匀分布,在泵偏工况运行时,压力和速度分布都不均匀。

  而环形压水室怡好相反,泵的压力及速度分布在关死点时分布均匀,旦产生流量,这种平衡被破坏。在最高效率点环形压水室水力损失大于螺旋形压水室。而在微型电泵中,由于环形压水室流道表面可机械加工,能够获得更好的水力性能,超过了环形压水室带来的不稳定压力分布对泵的性能的影响。

  4径向力分析泵在运行时会受到流体沿叶轮径向的径向力,而径向力会使泵轴受到交变应力的作用产生定向挠度,其大小直接影响泵轴工作的稳定性;另外,径向力的作用会使轴封间隙变得不均匀,而轴封间隙过大是导致某些泵泄露的主要原因。因此在设计泵时需要对径向力作适当的考虑。为数值模拟预测的1号泵和3号泵的径向力。

  两种泵的径向力分布由可以看出1号泵的径向力随着流量的增加先减小然后增大,在设计工况点附近达到最小值,但并不为0,其原因是由于泵体的非对称结构导致泵叶轮各流道内的流量、流速及叶轮出口压力分布出现非对称性;而3号泵其径向力在小流量时最小,随着流量的增加而增加。这两种压水室的径向力分布规律与相符。

  另外,从小流量到泵的额定流量附近,3号泵的径向力小于1号泵;在大流量区域,3号泵的径向力略大于1号泵。这样,相较于1号泵,采用环形压水室的3号泵可在全流量范围内安全稳定地运行。

  5试验 

  验证将1号泵与3号泵按回转动力泵水力性(下转第88页)离心泵叶轮内部湍流动能及耗散率分析叶道星王洋将与相比较,可以看出湍流耗散率与湍流动能分布有十分相似的规律:在不同工况下,湍流耗散率随着半径的增加先增加,达到一个极大值后开始减小,接着在在一个极小值后又开始一直增加直到叶轮出口(除。6(工况下),在只= 60mm的区域里湍流耗散率达到最大值;设计工况下,湍流耗散率整体上是最小,除只=55mm到只=65mm区域外,湍流耗散率都在400m2/s3以下;。6Qd工况下,出现了与其他工况下截然相反的湍流耗散率分布,中间小两端大,而其他工况时中间大两端小的分布,同时可以看出在只=65mm到只= 85mm区间,湍流耗散率增长非常迅速,原因可能是在小流量工况下,这个区域中,叶轮流道内产生了轴向漩涡,造成湍流耗散率的急剧增加;。工况下,虽然湍流耗散率高于设计工况下,但是可以看出还是远远低于0.6(工况;整体上,设计工况下,湍流耗散率最小,大流量下,湍流耗散能量率略高于设计工况,小流量下,湍流耗散率最大。

  结语

  本文采用e双方程湍流模型,进行了实验验证,分析了由数值计算与实验所测得XST标准离心泵扬程、效率、轴功率等数据之间存在差异的原因,验证数值计算的可靠性。)湍流动能和湍流耗散率沿半径的分布有十分相似的规律,即湍流动能大的区域湍流耗散率也大,反之亦然。)除0.6小流量工况,湍流动能和湍流耗散率分布沿半径表现为先增加,随后减小,最后增加这种现象。

  6Qd小流量工况下,湍流动能和湍流耗散率最大,流体能量损失最为严重,从效率方面考虑,应避免泵在小流量工况下运行。

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(来源:未知)

本文标签: 离心泵 水泵 
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