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不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟祝 磊，袁寿其，袁建平，周建佳，金 荣，王 慧（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏 镇江 212013） 不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟 祝 磊，袁寿其，袁建平，周建佳，金 荣，王 慧 （江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏 镇江 212013） 摘 要：为了研究不同型式隔舌对离心泵动静干涉作用的影响，分别对长舌、中舌和短舌 3 种不同型式隔舌的离心泵采 用大涡模拟动态亚格子湍流模型进行三维非稳态数值模拟，通过非定常数值计算获得了不同型式隔舌离心泵隔舌处压力 脉动特性和作用在叶轮和蜗壳上的径向力特性，并对其进行比较分析。结果表明：由于受到动静干涉的影响，不同工况 下作用在叶轮上的径向力矢量图呈明显的六角星分布；各工况下作用在蜗壳上的径向力矢量图基本呈椭圆形分布；采用 短舌的离心泵扬程增高，高效区增宽；作用在叶轮和蜗壳上的径向力大小和方向时刻都在变化；采用中舌和短舌时，隔 舌处的脉动幅值和作用在叶轮上的径向力均减小，说明采用中舌和短舌可以改善了隔舌处压力脉动和作用在叶轮上的径 向力。 关键词：离心泵，动静干涉，数值模拟，径向力，压力脉动 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.10.009 中图分类号： TH311 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-10-0050-06 祝 磊，袁寿其，袁建平，等. 不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟[J]. 农业工程学报，2011，27(10)：50－ 55. Zhu Lei, Yuan Shouqi, Yuan Jianping, et al. Numerical simulation for rotor-stator interaction of centrifugal pump with different tongues[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(10): 50－55. (in Chinese with English abstract) 本文基于大涡数值模拟思想,采用动态亚格子湍流模 型[3-7]，对 3 种不同型式隔舌的离心泵采用大涡模拟方法 进行全三维的数值模拟。已有研究表明叶轮与隔舌间动 静干涉作用对离心泵压力脉动性和径向力特性的影响很 大[8]。目前为了改善泵的振动，主要是改变叶轮外径和隔 舌安放角来改变叶轮与隔舌间隙，通过数值模拟和试验 研究离心泵隔舌处压力脉动特性和径向力特性[9-11]。也有 通过改变隔舌型式来改善泵的性能，郭鹏程[12]通过改变 隔舌安放角改变隔舌型式，数值模拟分析了不同型式隔 舌对离心泵性能及内部流动的影响。本文借鉴郭鹏程的 研究，在蜗壳出口喉部分别安装长舌、中舌和短舌 3 种 不同型式的隔舌，数值分析了不同隔舌型式的离心泵作 用在叶轮和蜗壳上的径向力的特性及压力脉动特性。 1 数值模型 模型泵的设计性能参数为：流量 Q＝25 m3/h，扬程 H＝32 m，转速 n＝2 900 r/min。叶轮为闭式叶轮，叶片 数为 6，叶轮出口直径为 D2＝165 mm，叶轮出口宽度为 b2＝7 mm，叶轮进口直径 D1＝65 mm，出口安放角β2=30°。 本文采用长隔舌、中隔舌和短隔舌这 3 种型式的蜗壳， 其安放角分别为 23°、28°和 33°，隔舌型式如图 1 所示， 不同型式隔舌蜗壳的主要参数如表 1 所示。 采 用 有 限体积 法进 行离散 求解 ，应用 ANSYS CFX12.1 全隐式耦合多网格线性求解器，采用大涡模拟 Smagorinsky 模型，对所有变量进行整场联立求解，同时 求解连续方程和动量方程组。采用 ICEM 软件对模型进 行前处理得到四面体网格。叶轮流道内的水体为旋转体， 蜗壳内水体为非旋转体，在非定常计算时两者之间的交 0 引 言 随着人们对离心泵运行稳定性和振动问题的日益重 视，对其内部流动的研究显得十分必要。离心泵叶轮与 隔舌的动静干涉是造成离心泵流动诱导振动的重要原 因，针对其的研究已成为国内外研究的热点，目前主要 集中在分析离心泵压力脉动和径向力特性方面[1-2]。同时， 随着计算机的计算速度和计算容量的大幅度提高,已有一 些研究机构对 Navier-stokes 方程不作任何形式的模化和 简化，利用极为细密的网格直接数值求解 N-S 方程，这 就是直接数值模拟(DNS)。但目前普通的研究者尚无法实 现 DNS，而介于 DNS 和雷诺时均方法之间的 LES，由于 其较雷诺时均理论更为精细且在常规的计算机上即可实 现，因而已在计算流体力学界逐渐兴起并发展成为最有 发展潜力的紊流数值求解方法。大涡模拟是把包括脉动 在内的湍流瞬时运动通过某种滤波方法分解成大