帶分流葉片離心泵非定常流動及結構動力特性研究.pdf

1、本文是在國家科技支撐計劃項目“百萬千瓦級核電離心泵關鍵技術研究”(編號:2011BAF14B04)和國家自然科學基金“帶分流葉片離心泵流固耦合誘導振動特性研究”(編號:51009072)以及江蘇省自然科學基金“基于流固耦合的低比轉數離心泵非穩(wěn)定流動特性研究”(編號:BK2010347)的資助下開展工作。
　　 低比轉數離心泵是應用極其廣泛的通用機械，具有流量小、揚程高等特點。為了進一步提高低比轉數離心泵的水力性能，改善其內部流場

2、分布，人們常采用分流葉片設計法。前期研究表明，分流葉片的添置確實能提高離心泵的水力性能。在此基礎上，本文對帶分流葉片離心泵的非定常流動及結構動力特性進行了數值研究，主要研究內容和成果有:
　　 (1)介紹了帶分流葉片離心泵和離心泵非定常流動及流固耦合的國內外研究現狀及應用情況，闡述了開展帶分流葉片離心泵非定常流動及結構動力特性研究的必要性及思路。
　　 (2)基于ANSYSCFX軟件，采用SSTk-ω湍流模型分別對五個帶

3、分流葉片的離心泵葉輪方案進行了全流場非定常數值模擬，首次分析了有/無分流葉片以及不同分流葉片設計對泵內壓力脈動特性的影響規(guī)律。結果表明:添置分流葉片后，揚程提高了2％～12％，最高效率提高了15％，但不同分流葉片設計方案的揚程絕對值差異不大，且影響趨勢一致;分流葉片有利于減小葉輪-蝸殼交界面處的壓力脈動，但不同分流葉片設計對非定常流動特性的影響不同，當分流葉片進口直徑為106mm且向長葉片背面偏置5°時，壓力脈動最小。
　　 (

4、3)通過非定常數值模擬獲得了作用在五個不同方案葉輪上的徑向力特性，并對其進行比較分析。結果表明:分流葉片有利于改善徑向力的脈動情況。小流量及設計工況下，作用在葉輪上的徑向力及其脈動幅值隨著分流葉片進口直徑的增大而增大;大流量工況下，當分流葉片進口直徑為106mm時作用在葉輪上的徑向力脈動幅值最小。此外，帶偏置分流葉片設計方案的徑向力脈動幅值小于帶不偏置分流葉片設計方案。
　　 (4)基于上述研究所得分流葉片設計參數的取值原則，以

5、低比轉數高溫熔鹽泵為研究對象，設計了兩個葉輪方案。通過全流場定常數值模擬對比分析了不同工作溫度和不同工況下各個方案的外特性曲線及內流場特性，結果表明:分流葉片的添置能夠有效減少葉輪流道內二次回流和漩渦的發(fā)生，有效提高熔鹽泵的揚程和效率。此外，隨著工作溫度的升高，介質粘度減小，葉輪流道內的壓力分布和流線分布更為均勻，且揚程和效率也有所提高，同時，小流量工況下作用在葉輪上的徑向力減小。
　　 (5)采用ANSYSCFX和Workbe

6、nch軟件，首次對不同工作溫度不同工況下帶分流葉片和不帶分流葉片低比轉數高溫熔鹽泵轉子分別進行基于單向流固耦合的靜態(tài)結構動力特性分析和基于雙向流固耦合的瞬態(tài)流動及結構動力特性分析。結果表明:添置分流葉片后，轉子的等效應力明顯減小，且最大應力點從葉片出口處轉移至葉片進口和輪轂的結合處。帶分流葉片轉子的各階頻率和最大變形量均明顯小于不帶分流葉片轉子，且二者的各階振型也有較為明顯的不同。分流葉片的添置減輕了葉輪變形對流場內壓力脈動及徑向力的影