深井離心泵內(nèi)部非定常流動的壓力脈動特性分析

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1、第27卷第10期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報Vol.27No.10442011年10月TransactionsoftheCSAEOct.2011深井離心泵內(nèi)部非定常流動的壓力脈動特性分析※（江蘇大學(xué)流體機械工程技術(shù)研究中心，鎮(zhèn)江212013）摘要：為了分析深井離心泵內(nèi)部的非定常壓力脈動特性，該文基于標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型和滑移網(wǎng)格模型，應(yīng)用SIMPLEC算法，在CFD軟件Fluent中對深井離心泵內(nèi)部全流場進行三維非定常數(shù)值計算，得到了額定工況下流道內(nèi)不同位置的壓力脈動特性，并通過快速傅里葉變換進行了

2、頻域分析。結(jié)果表明，網(wǎng)格數(shù)對數(shù)值計算結(jié)果影響較大；在葉輪出口與導(dǎo)葉進口交界處，葉輪葉片與導(dǎo)葉葉片的動靜耦合是產(chǎn)生壓力脈動的原因；壓力脈動周期與葉輪葉片數(shù)相關(guān)，導(dǎo)葉葉片數(shù)對壓力脈動周期影響較?。蝗~片通過頻率是影響壓力脈動的主要因素。該文為改善泵體結(jié)構(gòu)，進一步提高深井離心泵的使用可靠性提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：離心泵，數(shù)值分析，非定常，壓力脈動，CFDdoi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.10.008中圖分類號：S277.9；TH311文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1002-68

3、19(2011)-10-0044-06周嶺，施衛(wèi)東，陸偉剛，等.深井離心泵內(nèi)部非定常流動的壓力脈動特性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27(10)：44－49.ZhouLing,ShiWeidong,LuWeigang,etal.Analysisonpressurefluctuationofunsteadyflowindeep-wellcentrifugalpump[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(10):44－49.(inChinesewithEnglish

4、abstract)0引言變化情況，并對泵進出口壓力脈動進行了預(yù)測和測量。Rodriguez等[8]對離心透平泵內(nèi)動靜干涉引起的振動頻域深井離心泵在農(nóng)田排灌、農(nóng)村的人畜飲用水、工廠、礦山、自來水公司、地質(zhì)勘探、鐵路、地?zé)衢_發(fā)和油田等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用[1-2]。由于深井離心泵長期吊置于深井中工作，檢查維修困難，為此，對其工作時的可靠性和穩(wěn)定性要求較高。在泵內(nèi)部，由于葉輪和導(dǎo)葉的非定常時序性相互干涉，即動靜干涉（RSI），會導(dǎo)致泵內(nèi)壓力隨時間快速脈動，內(nèi)部流場瞬時變化，嚴(yán)重時會出現(xiàn)泵體強烈震動、產(chǎn)

5、生噪聲、葉片疲勞和軸承損壞等問題[3]。泵體內(nèi)部的非定常流動特性一直是國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究熱點。Arndt和Tsuhamoto等[4-5]的研究表明，在導(dǎo)葉式離心泵中，葉輪與導(dǎo)葉的動靜干擾使葉輪出口流場產(chǎn)生壓力脈動，且在葉輪與導(dǎo)葉之間的徑向間隙較小時產(chǎn)生較大的壓力脈動。Gonzalez等[6]對雙吸離心泵進行了非定常數(shù)值模擬和試驗，結(jié)果表明泵體內(nèi)部的壓力脈動會引起徑向力的周期性波動，產(chǎn)生較大的振動和噪聲。Zhang等[7]基于CFD數(shù)值計算和試驗，討論了離心泵內(nèi)進行了研究，并分析了引起振動的原因

6、。在國內(nèi)方面，西安交大陳黨民等[9]采用滑移網(wǎng)格技術(shù)對部分流泵進行了整機非定常流動數(shù)值計算，分析了葉輪、蝸殼內(nèi)典型的非定常流動規(guī)律。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王福軍等[10]運用大渦模擬對軸流泵不同工況下的壓力脈動進行了數(shù)值模擬。南京工業(yè)大學(xué)邵春雷[11]等分析了蝸殼式離心泵不同蝸殼截面上的壓力脈動規(guī)律。江蘇大學(xué)施衛(wèi)東、張德勝等[12-13]基于CFD對高效軸流泵內(nèi)部定常和非定常流動特性進行了研究?？偟膩碚f，由于泵體內(nèi)部的流場分布十分復(fù)雜，其內(nèi)部動靜干涉機理仍處于理論計算和實驗研究階段。本文針對采用流道式導(dǎo)葉的

7、150QJ20型深井離心泵，采用Fluent提供的滑移網(wǎng)格模型（SM模型）對深井離心泵內(nèi)部非定常流動進行數(shù)值模擬，對泵體內(nèi)部不同位置的壓力脈動進行了研究，著重分析葉輪與導(dǎo)葉的動靜干涉作用對泵體內(nèi)部流場分布的影響，為改善泵體結(jié)構(gòu)，進一步提高深井離心泵的使用穩(wěn)定性提供了依據(jù)。葉輪和導(dǎo)葉的動靜干涉引起的非定常徑向力和軸向力的1水力模型收稿日期：2011-02-19修訂日期：2011-06-081.1基本參數(shù)基金項目：國家科技人員服務(wù)企業(yè)行動項目（2009GJC30002）；浙江省重大科技專項重大

8、工業(yè)項目（2010C01032）和江蘇省高等學(xué)校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊計劃（蘇教科（2009）10號）作者簡介：周嶺（1985－），男，河南南陽人，博士生，主要從事泵的研究。鎮(zhèn)江江蘇大學(xué)流體機械工程技術(shù)研究中心，212013。Email:zhouling6617@163.com※通信作者：施衛(wèi)東（1964－），男，江蘇南通人，研究員，博導(dǎo)，主要從本文選用的150QJ20-75/5-7.5型深井離心泵的基本設(shè)計參數(shù)如下：Q=20m3/h、揚程H=75m（5級）、轉(zhuǎn)速n=2850r/min