【摘 要】
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叶轮是离心泵的核心部件,其形式对泵性能及内部流动的影响较大。在动静部件（叶轮和蜗壳）作用下,泵内流动形式复杂。针对不同的叶轮形式,分析叶轮与蜗壳的相互作用对超低比转速离心泵内部流动的影响十分必要。本文在保证叶片数不变的情况下,在原型叶轮（10长叶片叶轮）基础上,对原型叶轮改型为5×5复合式（5长5短叶片）叶轮,得到两种不同叶轮形式。以ns=16、10长叶片叶轮、5×5复合式叶轮两种不同叶轮形式的离
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叶轮是离心泵的核心部件,其形式对泵性能及内部流动的影响较大。在动静部件（叶轮和蜗壳）作用下,泵内流动形式复杂。针对不同的叶轮形式,分析叶轮与蜗壳的相互作用对超低比转速离心泵内部流动的影响十分必要。本文在保证叶片数不变的情况下,在原型叶轮（10长叶片叶轮）基础上,对原型叶轮改型为5×5复合式（5长5短叶片）叶轮,得到两种不同叶轮形式。以ns=16、10长叶片叶轮、5×5复合式叶轮两种不同叶轮形式的离心泵为研究对象,通过对比仿真分析两种不同的叶轮形式对超低比转速离心泵内部流动的影响规律。应用ANSYS-FLUENT软件基于标准k-ε模型对两种不同叶轮形式的模型泵进行三维全流场数值模拟计算,分别对其内部流场及作用在动静部件上的径向力、扭矩和蜗壳内壁面及隔舌处的压力脉动进行分析。本文主要工作如下:（1）利用三维建模技术分别建立10长叶片叶轮、5×5复合式叶轮几何模型,利用Design Modeler模块采用抽取流体域的方法建立流体域模型,分别将10长叶片叶轮、5×5复合式叶轮流体域与蜗壳流体域组合,得到两种不同叶轮形式的模型泵;利用Meshing模块采用非结构网格划分方法划分流体域几何模型,得到两种不同叶轮形式的模型泵有限元模型。（2）对比仿真研究设计转速、不同工况对两种不同叶轮形式的模型泵内部流动的影响;分别在5种流量工况下进行了仿真分析,比较分析不同工况下两种不同叶轮形式的超低比转速离心泵内静压、相对速度、湍动能、涡量的分布规律及内部流动特性。研究结果表明:采用5×5复合式叶轮可改善叶轮进口流动状态,也可有效提高超低比转速离心泵扬程。（3）对比仿真研究在设计流量工况、转速变化对两种不同叶轮形式的模型泵内部流动的影响;分别在7种不同转速下进行了数值模拟计算;并对比仿真分析了不同时刻、偏工况对两种不同叶轮形式的超低比转速离心泵内静压及相对速度的影响。研究结果表明:不同转速下,5×5复合式叶轮模型泵内低速区、高速区面积均小于10长叶片叶轮模型泵。（4）通过非定常计算,分析了作用在两种不同叶轮形式模型泵叶轮、蜗壳上的径向力、扭矩及蜗壳内壁面及隔舌处压力脉动的分布规律。研究结果表明:在一个周期内,作用在两种不同叶轮形式模型泵叶轮、蜗壳上的径向力、扭矩时域和蜗壳内壁面及隔舌处的压力脉动时域分布均呈现周期性变化,均有10个波峰、10个波谷与叶片数Z=10相对应。采用5×5复合式叶轮可有效降低超低比转速离心泵内脉动幅值。
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