【摘 要】
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离心泵壁面粗糙度的存在不仅加剧了壁面附近的湍流现象,而且还破坏了边界层的粘性结构使得近壁面处的流动特性发生变化。在生产制造和运行维护保养中尽可能降低过流部件的表面粗糙度,可以提高泵的扬程和效率,从而降低轴功率来实现节能减排的目标。因此,研究离心泵壁面粗糙度对湍流边界层处流动特性的影响具有很大的科研价值和工程应用价值。本文采用数值模拟的方法对7种不同壁面粗糙度下的中比转速离心泵进行了流动特性和能量损
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离心泵壁面粗糙度的存在不仅加剧了壁面附近的湍流现象,而且还破坏了边界层的粘性结构使得近壁面处的流动特性发生变化。在生产制造和运行维护保养中尽可能降低过流部件的表面粗糙度,可以提高泵的扬程和效率,从而降低轴功率来实现节能减排的目标。因此,研究离心泵壁面粗糙度对湍流边界层处流动特性的影响具有很大的科研价值和工程应用价值。本文采用数值模拟的方法对7种不同壁面粗糙度下的中比转速离心泵进行了流动特性和能量损失的研究。主要研究内容如下:1、7种不同壁面粗糙度下的性能曲线表明:同一流量工况下,扬程随着壁面粗糙度的增加逐渐降低。在小流量工况下壁面粗糙度对扬程的影响较小,在大流量工况下壁面粗糙度对扬程的影响较大。在0.4Q—1.2Q时,同一工况下效率值随着壁面粗糙度的增加逐渐降低。读取叶片压力面上各监测点的静压值,结果表明,随着壁面粗糙度的增大各监测点上的静压值逐渐减小。2、随着壁面粗糙度的增加,壁面边界层上的湍流动能也逐渐增加,即边界层上湍流所耗散的能量增加,这也是导致效率减小的重要原因之一。分析小流量0.6Q、设计流量1.0Q和大流量1.2Q工况下的流动特性表明:在叶片压力面上,小流量0.6Q工况下湍流动能最大。在吸力面,当壁面粗糙度Ra≤50μm时,0.6Q工况下的湍流动能最大,当壁面粗糙度100μm≤Ra≤750μm时,0.6Q工况下的湍流动能最小。同一壁面粗糙度下蜗壳壁面处的湍流动能随着流量的增大而增大。3、0.6Q工况时,同一壁面粗糙度下的湍流耗散率压力面>蜗壳壁面>吸力面>叶轮径向中心截面。1.0Q和1.2Q工况时,同一壁面粗糙度下的湍流耗散率蜗壳壁面>吸力面>压力面>叶轮径向中心截面。4、随着壁面粗糙度的增加,过流部件剪切应力值逐渐增大。7种不同壁面粗糙度所对应的最大壁面剪切应力都发生在沿蜗壳第0断面到第Ⅱ断面处,其次为叶轮出口处。5、沿叶片压力面径向方向,相对速度呈先减小后增大的趋势。在叶片头部,相对速度随着壁面粗糙度的增加而减小,在叶片中后部相对速度随着壁面粗糙度的增加而增加。6、同一粗糙度下,由叶轮流道与流体摩擦引起的能量损失最大,其次为叶轮扩散引起的能量损失,叶轮出口处的能量损失最小,且叶轮流道摩擦损失、扩散损失、叶轮出口处的能量损失都随着壁面粗糙度的增大而增大。相比叶轮内的能量损失,蜗壳内的能量损失较小。随着壁面粗糙度的增大,蜗壳流道内的摩擦损失逐渐增大,蜗壳流道内的扩散损失也逐渐增大。
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