冲角对轴流泵叶轮水力性能的影响

作者:石丽建;付玲玲;刘超;汤方平;张文鹏;陈锋; 刊名:灌溉排水学报 上传者:计芳

【摘要】【目的】研究冲角对轴流泵叶轮水力性能的影响。【方法】针对比转数为880的轴流泵叶轮,采用数值模拟方法和数值优化技术,基于儒可夫斯基翼型从3个角度进行冲角对轴流泵水力性能的影响研究。【结果】当设计参数保持不变时,冲角增大,扬程升高,比转数发生变化,最高效率增大,高效区往大流量偏移。为了使翼型处于更高质量区,建议轮缘侧翼型冲角在0~3°之间,且比转数大者取小值。当改变轮毂侧和中间断面翼型冲角时,设计工况下,为了得到较高扬程和较高效率的轴流泵叶轮,可以适当增加中间断面的翼型冲角,同时为了减小叶片扭曲改善非设计工况的水力性能,可以适当减小轮毂侧的翼型冲角。当比转数保持一致时,冲角增大,流量-扬程性能曲线的斜率减小,最高效率值保持相当,高效区范围往大流量偏移且高效区范围变宽。【结论】冲角对轴流泵叶轮水力性能有着重要影响,实际工程应用中,为保证轴流泵叶轮具有较好的水力性能应同时兼顾轮毂和轮缘侧的翼型冲角。

全文阅读

石丽建,付玲玲,刘超,等.冲角对轴流泵叶轮水力性能的影响[J].灌溉排水学报,2019,38(4):55-62.0引言在轴流泵叶轮设计过程中,冲角的选择是比较重要的一个环节[1-2]。当轴流泵叶轮各断面翼型冲角发生变化时,必然会使得叶轮中的流场结构形式发生变化。研究轴流泵叶片内外断面翼型冲角对轴流泵扬程、效率、必需汽蚀余量以及高效区范围的影响非常有必要。目前对冲角的研究主要集中于离心泵叶片和涡轮叶片等领域。研究表明,叶轮叶片冲角变化时,对设计点的扬程和效率影响不大,对于空化性能则存在一个最优值[3];轴流压气机平面叶栅气动特性在-4°冲角时总损失最小[4];冲角对涡轮叶栅内通道涡的影响显著大于对泄露流动的影响[5];提出了新的压气机平面叶栅内的漩涡模型[6]。综上,冲角对轴流泵叶轮水力性能的影响比较显著,但目前对轴流泵叶片冲角研究的文献很少,主要原因是轴流泵叶片内外断面扭曲严重,内外翼型冲角变化较大。弄清冲角对轴流泵水力性能的影响对轴流泵优化设计具有重要的指导作用。为此,基于iSIGHT数值优化软件[10-12]和CFD数值模拟软件[7-9],研究冲角对轴流泵叶轮水力性能的影响,以期为轴流泵设计过程冲角的选择提供一定理论依据。1儒可夫斯基翼型构造轴流泵叶轮优化设计过程中,对翼型的设计构造是关键。翼型形状决定了轴流泵内部流场压力分析趋势和叶轮的水力性能,也是流动分析的基础与关键。分析翼型冲角对轴流泵水力性能影响时,一方面要使各断面翼型参数不发生变化,另一方面还要使翼型描述方法简单,翼型效果较好。儒可夫斯基翼型[13]结构简单、参数意义明确,且精确控制翼型尺寸。因此,在后续研究过程中翼型均选择儒可夫斯基础翼型。儒可夫斯基翼型的型线控制表达式可以表示为:z=0.25+164ε2-yc2-18ε±2 39δ(1-2yc) 1-4y。c2(1)式中:yc为翼型弦长的相对长度,是一个无量纲值,取值范围为[-0.5, 0.5];ε为翼型拱弧线距离弦长的最大值,即最大相对拱度值;δ为翼型相对最大厚度值。对式(1)中的ε进行泰勒级数展开,忽略高阶项得:z=(1-4yc2)ε±1-4yc2(1-2yc)。δ(2)式(2)翼型中心位于原点,公式第一项表示翼型骨线的形状,第二项表示翼型的厚度分布,取正号代表翼型的上型线,取负号代表翼型的下型线。将翼型的前缘顶点移至原点,得:z=4εy(1-y)±1.54δy0.5(1-y)。1.5(3)式(3)即为翼型端点在原点的基础儒可夫斯基翼型的函数表达式。对尾缘翼型进行加厚处理,便于网格的划分,处理表达式为:z=4εy(1-y)±1.54δy0.5(1-y)1.5±0.1y6(1-y)0,.5(4)式中:第三项的系数要尽可能的小,以减小对前缘翼型形状的影响。取ε=0,δ=0.2和ε=0.1,δ=0.2,式(3)和式(4)表达的翼型的形状分别如图1和图2所示,图中红色虚线代表尾部加厚翼型。图1无拱度翼型对照图图2有拱度翼型对照图图3叶轮计算模型2计算模型与数值模拟2.1计算模型以TJ04-ZL-12号模型叶轮的设计参数为基础,通过改变翼型安放角,得到不同的轴流泵水力模型,进而从翼型冲角的角度分析对其水力性能的影响。模型叶轮的设计流量Q=360 L/s,水泵扬程H=5.5 m,转速n=1 450 r/min,设计工况下泵段的扬程为5.0 m,叶轮叶片数4片。叶轮模型如图3所示。2.2控制方程及边界条件数值模拟计算控制方程采用时均N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型。进口边界条件设定为总压,总压为一个标准大气压;出口边界采用质量流量出

参考文献

引证文献

问答

我要提问