射流式自吸喷灌泵性能数值预测及气液两相流分析

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本课题属围家高新技术研究发展(863计划)项目“变量喷洒低能耗轻小型喷灌机组”(项目编号:2006AA100211)课题研究内容之一。   由于自吸泵能够实现自吸,便于远程集中控制,实行自动化操作,因此应用十分广泛。随着社会的进步和工农业的发展,人们对自吸泵的自吸、效率等方面的性能提出了更高的要求。因此,课题组研究了一种自吸时间短、效率高的射流式自吸喷灌泵,其工作原理是在普通自吸泵的基础上集成一套能自动关闭回流阀的射流系统,自吸过程中通过射流系统产生的射流提高了泵的自吸性能,而泵完成自吸后,回流阀自动关闭,很大程度上提高了泵的效率。   本文主要借助CFD软件研究了影响射流式自吸喷灌泵性能的因素,分析了泵性能的定常、非定常预测方法及应用,并模拟了泵在自吸过程中的气液两相流流场。其研究工作和创新点如下:   1)运用FLUENT软件提供的定常算法模拟了射流式自吸喷灌泵在以下三种情况下的湍流流场:(a)回流阀关闭;(b)回流阀关闭且忽略储液室和气液分离室对泵效率的影响;(c)回流阀开启。通过模拟得到射流式自吸喷灌泵各个性能参数的预测值,结合试验结果检验预测值的准确性,并分析了回流阀、储液室和气液分离室对泵性能的影响。预测及试验结果表明回流阀对泵的性能影响较大,在接近设计工况下,回流阀关闭时泵的效率比回流阀开启时的效率提高20%左右,而储液室和气液分离室对泵的效率影响较小。   2)运用FLUENT软件提供的非定常算法模拟了射流式自吸喷灌泵的全流场,得到了H、η和P随时间的波动曲线。研究中还采用了不同的时间步长模拟射流式自吸喷灌泵在不同流量下的全流场,且每次迭代计算过程中均采集周期变化规律稳定的周期的数据,再通过数据处理得到各个流量下H、η和P的预测值;最后与试验结果比较,分析了时间步长对预测值的准确性的影响。结果表明时间步长的大小对计算结果影响较大,在接近设计流量的工况下,采用t=0.0005747秒的时间步长计算得到的泵效率比试验值小10%左右,而t=0.00005747秒的时间步长计算得到的泵效率与试验值仅相差1.5%左右。   3)采用FLUENT软件提供的Mixture两相流模型模拟了射流式自吸喷灌泵自吸过程中的气液两相流,得到了泵进口不同含气率下叶轮和蜗壳内的压力、速度、气相的分布规律,分析了气液两相分布的不均匀对泵自吸性能的影响,对射流式自吸喷灌泵自吸性能的优化设计提供一定的参考依据。
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