復合葉片對高速部分流泵性能的影響

宋麗麗 荊野 夏國生 李娟娟 劉洋

摘要：應用FLUENT軟件，對采用同一蝸殼配二種不同結構形式葉輪的高速部分流泵的內部流場進行了CFD數值模擬和性能預測。通過比較分析，提出采用復合葉輪能有效地降低曲線的陡降度，使泵的流量揚程曲線變的更加平坦，并能提高泵效率。

關鍵詞：高速部分流泵;復合葉輪;數值模擬;性能預測

1 前言

部分流泵現已被廣泛用于航空航天、石油化工、化肥、制藥、消防等行業。特別是近年來，由于該型泵可靠性高、揚程曲線平坦等獨特的性能在消防領域已被專家、學者及用戶所認識和接受，并作為建筑消防專用水泵，在我國建筑消防事業中發揮著重大的作用[1]。該泵常采用徑向直葉片葉輪，流量揚程曲線的陡降度常常達不到設計的要求。為此，本文提出環形蝸殼配8長直葉片葉輪和5長+5短直葉片葉輪的研究方案，利用FLUENT軟件，對高速部分流泵內部流場進行了數值模擬[2、3]，探索復合葉輪對高速部分流泵性能的影響。

2高速部分流泵內部流場CFD數值模擬

2.1基本參數

泵基本參數如表1所示。

葉輪結構型式設計兩種：一種為長直葉片葉輪（如圖1所示）;一種為長短葉片復合葉輪（如圖2所示）。同時，為了方便討論依據葉輪的結構形式將泵分為1#和2#，見表2。

2.2模型計算

泵內部流動區域選用Pro/E造型，用ICEM軟件對模型進行網格劃分及部分邊界條件的設定，采用非結構四面體網格劃分葉輪、蝸殼和泵的進、出水管的計算區域，生成網格見圖3。

2.3邊界條件

（1）進口條件：采用速度進口條件。

（2）出口條件：采用自由出流（outflow）邊界條件。

（3） 固壁條件：采用無滑移固壁邊界條件，并使用標準壁面函數法確定固壁附近的流動。

3性能預測

根據數值模擬的結果，同時為了直觀，1#泵和2#泵的效率和揚程曲線如圖4所示。

在設計工況點，揚程分別為 =236.24m， =237.41m;泵效率分別為=49.97%，=50.54%。可見，復合葉輪泵的效率較直葉片葉輪泵的效率有所提高。

從圖4中也可以看出，與1#泵相比，2#泵的揚程曲線更加平坦。

由圖5可以看出，2#泵壓力在進口前分布較均勻;但壓力的最小值有所提高，這是因為短復合葉輪的入口葉片數少，減少了液體的入口沖擊損失。

由圖6可以看出，2#泵進口速度場分布情況有了很大的改善，流體除了由靠近蝸殼出口附近的流道進入外，有很大一部分流體還能由其它流道進入，說明復合葉輪進口葉片數減少，增強了葉輪進口處的過流能力。

5結論

1）在同一泵殼上配二種不同結構形式葉輪，通過數值計算得出配復合葉輪的部分流流量揚程曲線更加平坦，效率有所提高。

2）復合葉輪進口葉片數少，提高了過流能力，減少了液體的沖擊損失。液體進入葉輪流道后，由于葉片數的增加，液流的速度得到了明顯的改善，在大流量凸顯的軸向旋渦得到了有效的控制和減弱，使流量揚程曲線更加平坦。

參考文獻：

[1] 李新宏.部分流泵整機非定常流動數值計算及研究.西安交通大學博士學位論文，2003.9：32-36.

[2] 劉在倫，曾憲湘.蝸殼形狀對高速部分流泵性能的影響[J].流體機械，2009，03：40-44

[3]荊野，李娟娟等.固相粒徑和濃度對旋流泵外特性影響的數值模擬[J].電子樂園.2019，4：278-280.