50IB-32型离心泵汽蚀性能的数值模拟与试验

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离心泵在运行过程中因发生汽蚀而影响泵的性能，使其效率下降，扬程降低，严重时还会产生噪声和振动，腐蚀破坏叶轮等过流部件 J，因此对离心泵的汽蚀性能进行深入地研究，揭示离心泵内部汽蚀发展规律，可为提高离心泵使用效率、泵运行稳定性等提供-定参考依据。

近年来。诸多学者通过 CFD(计算流体动力学)软件对离心泵的汽蚀性能做了大量的研究，取得了-定的研究成果 ，但离心泵产生汽蚀及气液两相流的机理仍需进-步研究.文中利用 Fluent 6.3对50IB- 32型离心泵在设计工况下进行汽蚀性能的数值计算和分析，预测内部流场汽蚀发生区域和气泡相分布规律，分析离心泵汽蚀时叶轮内压力变化和能量转换情况，并对数值计算结果进行试验验证。

1 模型建立及网格生成50IB-32型离心泵的性能参数为流量 Q181/1 /h，扬程H32 Il，转速n2 900 r/min，叶片数z 6.计算区域主要由叶轮和螺旋形压水室 2个部分组成.为了避免进出口速度梯度较大而影响计算结果，对叶轮进 口和压水室出口进行了适当延长.应用 Pro/E软件创建叶轮和压水室流道模型，导人Gambit 2.2中进行网格划分，主要采用四面体网格，得到叶轮和压 水室的网格数分别为 275 161和500 247.计算区域的网格如图 l所示。

冈 1 计算区域的网格Fig.1 Grid of calculation area2 数值模拟参数设置2.1 湍流模型选择文中采用 Rayleigh-Plesset汽蚀模型和 RNG k- 湍流模型 1.Rayleigh-Plesset汽蚀模型控制气相与液相之问的质量传递，表达式为R d 2R 3( dR/ 2 0-， (1)式中： 为气泡半径；为时刻；0-为气液两相之间的表面张力系数；p为液体密度；p 为液体在某-温度汽化压力；P为气泡周围液体的压力.RNG七- 湍流模型表达式为 毒 ，i O klG-pg，Ot Ox 0-以fL～ f(2)O t Ox 毒Ox[ 0-)蠢1 - ～ - ，L～ /d 7 JG-C2.，o， (3)式中：k为湍动能；M 为速度； ， ，为空问坐标； 为湍流黏性系数，/x p ，其中 0.09； 为的湍流普朗特系数；G为平均速度梯度引起湍动能产生项；占为湍流能耗散率；0- 为 的湍流普朗特系数；常数 C。 1.42，C2 1.68。

2.2 参数及边界条件设置输送的介质为 25℃的清水，水的汽化压力为3 169 Pa.近壁面处采用标准壁面函数，固壁面边界条件设为绝热无滑移条件 ，压力取为第 2类边界条件，壁面粗糙度设为0.012 5 mm，压力、速度采用SIMPLEC方法进行耦合。

3 计算结果和分析3.1 模型泵汽蚀性能曲线预测与试验为了研究汽蚀发展过程中模型泵叶轮流道内汽蚀发生情况，取汽蚀性能下降点为汽蚀发生点，以临界汽蚀余量为基准，扬程下降 3%左右为临界汽蚀点，临界汽蚀点后选取下-点为汽蚀严重点L9～lo]，对选取的3个工况点进行分析.基于离心泵汽蚀计算的收敛速度和计算的稳定性考虑，数值计算首先按照单相定常流动计算，且液相的初始体积分数设为1，气泡相的初始体积分数设为 0，再将计算收敛的结果作为汽蚀计算的初始流场.模拟中给定进口速度，出口设置为压力出口，通过不断减小泵进口压力来调整离心泵的汽蚀状态，计算并预测离心泵的汽蚀余量.50IB-32型离心泵按国家标准 GB/T3216-2005进行泵的外特性试验，试验结果如表 1所示，泵的汽蚀性能曲线如图2所示.从图的平均值，并求出相邻两个断面间总压系数增量， [3]绘制出如图6所示的叶轮流道内压力分布图。

110b 00O断面图6 设计工况下叶轮流道内压力分布图Fig.6 Impeler pressure distribution under design conditions[4]r ] 由图6可以看出，低压区出现在叶轮进口方向，压力由第 1断面向第Ⅸ断面依次增大.在离心泵汽蚀发展过程中，叶轮流道内的压力是下降的，压力下降的区域主要集中在靠近叶轮进口的 I-Ⅳ断面。

4 结 论1)叶轮流道内，叶片工作面上的静压明显高于背面上的静压，压力最低点位于叶片背面进口前缘处，该处也是最容易发生汽蚀的区域。

2)随着压力的降低，气泡开始沿流道向出口方向扩展，气泡相在叶片上的分布逐渐增大，汽蚀严重时，气泡充满整个流道，导致泵性能下降.汽蚀发展过程中，叶轮流道内的压力下降，压力下降的主要区域集中在靠近叶轮进口的 I-Ⅳ断面处。

3)数值计算与试验结果的变化趋势基本-致，离心泵汽蚀性能的数值模拟计算较好地揭示了离心泵内部汽蚀发展规律，为离心泵的设计及优化提供了-定的参考依据。