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空化条件下离心泵叶轮内涡结构运动特性分析

范鹏军，崔彪虎,王自强，杨彦斌，杨振华，罗生成

（机械工业兰州石油化工设备检测所有限公司，甘肃兰州730070）

摘要：空化是影响水力机械安全稳定运行的关键因素。为研究叶轮内涡结构运动特性，结合DetachedEddy

Simulation/DES分离涡模型与Zwart-Gerber-Belamari空化模型进行数值计算，并用试验结果验证数值计算的准

确性。结果显示：受蜗壳一叶轮动静干涉作用的影响，空泡呈不对称分布，空化数为0.15时，流道内空泡形态趋于

一致；随着空化数降低，靠近隔舌流道内相间传质作用剧烈，空泡脱落与溃灭现象显著，空泡尾部旋涡结构区不

断减小，而旋涡区流体运动速度不断增大，同时空泡体积诱导生成旋涡结构，而当空泡严重堵塞流道时，又会抑

制空泡尾部旋涡结构的发展。

关键词：离心泵；数值仿真；空化流动；涡结构

中图分类号：TH311文献标识码：BDOl:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2025.04D.13

0引言瑞流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型研究离心

离心泵是将动能转换为压力势能的水力机械。因泵叶轮内空化流动现象，发现叶轮各流道内空泡含量

其具有结构简单、使用方便等优点，而广泛应用于石油不同；高攀龙[5]等基于PIV技术研究离心泵内流动特

化工、农田灌溉、海洋工程等多个领域。但空化现象的性，发现叶轮内涡结构可改变流体液流角，从而影响局

存在，严重影响离心泵安全、高效、稳定运行。部欧拉扬程分布；董亮等采用标准k-8流模型结

应用试验与数值仿真相结合的方法，分析离心泵合Kunz空化模型研究泵内空泡形态及分布特性，发

内空化流动现象。目前，学者对泵内部流动现象进行了现空泡在一定程度上可以吸收涡核的能量并增加其体

深人研究：王浩叫等对离心泵内空化流动及压力脉动积,改变流场结构。

进行研究，发现随空化数降低，空化区由叶轮吸力面头综上所述,本文以低比转速离心泵为研究对象,以叶

部向流道内部延伸，空泡堵塞流道并诱导产生涡结构；轮流道内空泡对涡结构的影响作用为研究目标。通过试

袁霄2]等研究空化状态下泵内流动特性，发现叶轮叶验结果验证数值仿真结果的准确性，对叶轮内涡结构演

片上形成空泡时，导叶内涡核体积明显增加；伍杰3等变过程进行分析，为离心泵内空化流动提供理论参考。

通过研究离心泵内涡结构演变过程，发现随空化数降1数值仿真

低,泵内流态紊乱并形成局部旋涡。临界空化数时,旋1.1物理模型

涡随空泡的脱落脱离叶片表面；王东伟4等基于RNG一离心泵设计参数为：设计流量Qa=8.6m/h，设计

波动性，提高了产品的质量稳定性。(S1):156-159.

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槽最佳烟丝料位形态计算模型概述[J].中国设备工程，2023【编辑李波]

40设备管理与维修2025No4(下）设计研究

扬程Ha=4m,效率m=40%,设计转速n=500r/min。离黏度为1x10^kg/ms,水蒸气的密度为2.308x10²kg/m²，

心泵物理模型如图1所示，叶轮进口直径D,=90mm，黏度为1.26kg/ms；饱和蒸汽压为3169Pa。叶轮设置

出口直径D2=310mm，叶片数z=6,叶轮出口宽度b2为旋转部件，前腔、蜗壳、后腔设置为静止部件，取叶轮

12mm,叶片进口安放角βi