考虑表面粗糙度的轴流泵水力特性及内部流动研究

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在数值仿真分析过程中,表面粗糙度对水利机械性能造成的影响通常被忽略。随着CFD技术的不断发展和对水利机械的深入研究,过流部件的表面粗糙度对流场的影响应当被重视。本文以某轴流泵真机为研究对象,应用ANSYS_CFX软件对其在不同工况及不同表面粗糙度下展开数值模拟计算,并对轴流泵的水力特性和内部流动进行了分析。  本文以直圆管内的流动为研究对象,在考虑粗糙度的情况下,进行数值模拟计算。以实验数据为基准,对数值仿真的准确性进行研究,并探究近壁面网格分布对数值模拟计算的影响规律。在此基础上,对不同工况下,不同表面粗糙度对轴流泵的水力特性及内部流动的影响展开研究。  研究结果表明:表面粗糙度对轴流泵的水力效率和扬程有明显影响。相比于未考虑粗糙度的情况,最优工况下,表面粗糙度造成轴流泵的扬程分别下降了0.3m(Ra=3.2μm),0.5m(Ra=6.3μm)和0.7m(Ra=12.5μm);效率分别下降了4.7%(Ra=3.2μm),5.7%(Ra=6.3μm)和6.8%(Ra=12.5μm)。其他工况下的计算结果也具有相似的规律。大流量工况时,表面粗糙度对轴流泵水力特性的影响最为显著,其中Ra=12.5μm时,相比未考虑粗糙度的情况,效率相差达13.8%。同样地,对轴流泵内部流动进行分析,结果表明:表面粗糙度对叶片上压力分布及泵内的湍动能分布有一定的影响。叶片表面粗糙度越大,轴流泵内部的湍动能越强,对流动造成的影响也越大。本文通过研究不同工况下,不同粗糙度对轴流泵水力特性及内部流动的影响,综合分析表明,由于叶片表面粗糙度的增加,对水流的的摩擦阻力变大,导致泵内的湍动能增大,能量耗散增加,从而使得水力效率降低,扬程下降。
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