【摘 要】
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离心泵作为液体输送系统的关键设备,如何提高运行稳定性一直是学者们的研究热点。水力性能和空化性能是衡量离心泵性能的重要指标。分析离心泵的内部流动和空化特性对于泵的安全稳定运行具有重要意义。旁通引射装置的使用是提高离心泵空化性能的有效手段之一。为了研究旁通射流对离心泵空化性能的影响,本文以一台比转速为32的低比转速离心泵为研究对象。在蜗壳的第八断面靠近进口侧位置搭建一旁通引射装置。将蜗壳中部分高压流体
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离心泵作为液体输送系统的关键设备,如何提高运行稳定性一直是学者们的研究热点。水力性能和空化性能是衡量离心泵性能的重要指标。分析离心泵的内部流动和空化特性对于泵的安全稳定运行具有重要意义。旁通引射装置的使用是提高离心泵空化性能的有效手段之一。为了研究旁通射流对离心泵空化性能的影响,本文以一台比转速为32的低比转速离心泵为研究对象。在蜗壳的第八断面靠近进口侧位置搭建一旁通引射装置。将蜗壳中部分高压流体引射入离心泵的吸水室,与吸水室中的低能流体充分混合,从而增加叶轮入口处的静压能,达到改善离心泵空化性能的效果。通过数值模拟与实验相结合的方法,在不同空化数下研究了高压射流对空化控制的效果及其机理。本文的主要内容及结论如下:（1）根据GB/T 3216-2016《回转动力泵水力性能验收试验1级、2级和3级》,首先在密闭的试验台上进行了原型泵的外特性试验和0.6Q0、1.0Q0、1.25Q0（Q0为设计流量）三个流量点下的空化性能试验。绘制出了离心泵的性能曲线和三个不同流量点下的的空化特性曲线并且进行了对比分析。然后在设计工况下对搭建旁通引射管路的离心泵进行了空化性能试验,结果发现垂直入射的单一旁通射流对离心泵内空化的产生及空泡的脱落得到有效的延缓和控制。（2）基于修正的SST k-ω湍流模型和Kubota空化模型对原型泵和搭建旁通管路的离心泵（以下简称旁通泵）进行了数值模拟,并与试验结果作对比,发现模拟结果与试验结果在数值上接近且曲线变化趋势相似,证明了数值模拟的可靠性;在试验和数值模拟中,旁通泵扬程和效率在各个工况点均比原型泵有小幅下降;空化的初生及空泡的脱落得到有效的延缓和控制;旁通水路对离心泵内的流动都造成了一定的扰动,对吸水室内的流态也产生了明显的影响,恶化了流动稳定性。（3）采用环形入射结构,展开了入射参数对离心泵水力性能及空化特性的研究,通过正交试验的方法先后分析入射喷嘴数量、入射角度两个几何参数和一个运行参数引回量对离心泵水力性能、空化性能的影响;首先发现喷嘴数量Zn=4时,相比于其他喷嘴数量的方案,离心泵空化性能最好;然后得到入射角度φn=25°时,相比于其他入射角度的方案,离心泵空化性能最好;引回量越大对吸水室内的升压范围及作用强度也越强,相应的泵空化性能也越好,但是泵水力性能下降也越大。在综合考虑水力性能和空化性能的前提下,对Zn=4、φn=25°、Qn=8%Q0参数组合的引射泵和原型泵在设计流量下进行了对比分析,引射泵的扬程和效率较原型泵均有所下降,空化性能得到提升,对比单一高压射流垂直入射的方案,验证了环形入射结构的优越性。
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