微型循环水泵压力脉动的研究

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微型循环水泵在生活热水系统中有着广泛的应用前景,但其内部非定常流动诱发的压力脉动会引起泵过流部件的振动,降低泵运行的可靠性,进而引发噪声污染。本文针对生活热水系统用微型循环水泵,通过叶轮与吸、压水室动静耦合的非定常流动数值计算,对其流道内的压力脉动进行了研究,主要内容有:   1.在对离心泵内流场数值计算方法研究的基础上,针对微型循环水泵内部流动的特点,建立了其内流场计算的数学模型。采用SST k-ω湍流模型和RNGκ-ε湍流模型及滑移网格技术,对叶轮、吸水室、环形压水室和进出口管的非定常流动进行了计算。并与外特性试验进行了对比分析,研究表明SST k-ω湍流模型的预测精度较高。   2.提出了压力脉动测点的布置方案。应用SST k-ω湍流模型的内流场计算结果,得到了内流场相对速度、绝对速度、静压、湍动能的分布情况,在对引起压力脉动的动静干扰、涡流、回流研究的基础上,分析出了应重点考察的位置。   3.运用采样定理,确定了采样频率;比较分析了微型循环水泵某一工况下同一测点不同采样时间的压力脉动频域图,给定了采样时间。   4.定量计算了微型循环水泵内的压力脉动。通过对不同工况下各过流部件不同区域各监测点的压力脉动数据进行幅域、时域和频域分析,对各过流部件的压力脉动特性进行了研究。研究表明,叶轮与压水室间的动静干扰是产生压力脉动的主要脉动源,并在整个流道内传播;由于涡流、回流产生的压力波动曲线呈现很强的脉动和不稳定性。最强烈的压力脉动并没有发生在隔舌处,而是发生在叶轮出口靠近隔舌的位置,这是由于隔舌与叶轮外径间隙(间隙为叶轮半径的37.4%)过大造成的。此外,通过数值计算所得的转频、叶频与通过经验公式计算所得的频率误差很小,且脉动频率基本符合实际的倍频规律,从而验证了数值计算结果的可信性。   本文通过数值计算、外特性试验对微型循环水泵内的压力脉动进行了研究,探讨了由于动静干扰、涡流、回流引起的压力脉动。对今后深入分析微型循环水泵压力脉动产生机理以及高可靠性微型循环水泵的优化设计打下了基础。
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