恒压供水设备关阀启动过程中泵内流场的结果对比与分析
2017-11-16 16:37:33

通过试验研究结果发现,恒压供水设备随着水泵启动加速度的减小,启动过程中的瞬态效应逐渐削弱,因此,为了深入分析超低比速泵关阀启动过程中的瞬态特性,水泵厂选取启动加速度最大的一组启动方案,分析得到了加速时间2s时关阀启动过程中内流场的演化过程。

1、静压分布


图(a)和(b)分别为关死点稳态过程与启动总时间为户2s下关阀启动过程不同时刻泵中间截面的静压分布云图。从图(a)中可以看出,不同转速工况下,静压最低处均位于叶轮进口区域,叶轮流道出口靠近蜗壳第W与第W断面中间区域出现高压区,随着叶轮旋转对流体做功,叶轮流道内静压随着半径的增大逐渐增大,除去靠近隔舌的叶轮流道,其余流道内压力分布均匀,同一半径处叶片工作面静压高于叶片背静压,隔舌处压力梯度较大,表明在关死点工况,蜗壳隔舌结构对管道泵内静压分布有重要影响,随着转速的增加,泵内静压逐渐增加,泵进出口压差逐渐增大,不同转速下叶轮流道内静压分布趋势相似。

从图(b)中可以看出,不同时刻静压最低处均位于叶轮进口区域,随着叶轮旋转对流体做功,叶轮流道内静压随着半径的增大逐渐增大,叶轮流道内压力分布均匀,同一半径处叶片工作面静压高于叶片背面静压,隔舌处压力梯度较大,不同时刻静压分布趋势相似。当户0.4s时,叶轮出口靠近叶片工作面处出现高压集中区,随着转速的增加,这个高压区逐渐消失,泵内静压逐渐增加,泵进出口压差逐渐增大,泵内静压分别逐渐分布均匀。

对比图(a)和(b)可以看出,在同一时刻,稳态过程泵内静压分布与关阀启动过程泵内静压明显不同,在启动过程初期,静压分布差别最大,随着转速的增加,泵内静压分布的差别逐渐减小。


2、绝对速度分布

图2(a)和(b)分别为关死点稳态过程与启动总时间为2s下关阀启动过程不同时刻泵中间截面的绝对速度分布与流线图。

从图(a)中可以看出,恒压供水设备水泵的不同转速下,叶轮进口流体的绝对速度比较低,随着叶轮旋转对流体做功,叶轮流道内液体的绝对速度随着半径的增加而增大,同一半径处,叶片工作面的绝对速度大于叶片背面。靠近隔舌的两个相邻流道,在叶轮出口靠近工作面的位置存在高流速区域,随着转速的增加,泵内绝对速度增大。蜗壳扩散段内存在漩涡和回流,随着转速的增加,漩涡区逐渐减小。蜗壳内液流的绝对速度沿着流动方向逐渐越低,在蜗壳出口处,绝对速度最小,这是由于蜗壳对来流的扩压效果,将流体的动能逐渐转换成压能。

从图(b)中可以看出,不同时刻叶轮进口流体的绝对速度比较低,随着叶轮旋转对流体做功,叶轮流道内液体的绝对速度随着半径的增加而增大。在叶轮出口靠近工作面的位置存在高流速区域,随着转速的增加,泵内绝对速度增大。启动初期当0.4s时,蜗壳流道内存在很多漩涡区,蜗壳内流动堵塞,随着管道泵转速的增加,蜗壳内绝对速度分布逐渐均匀,漩涡区逐渐向蜗壳扩散段移动。蜗壳内液流的绝对速度沿着流动方向逐渐越低,在蜗壳出口处,绝对速度最小。

对比图(a)和(b)可以看出,在同一时刻,稳态过程泵内绝对速度大于关阀启动过程泵内绝对速度,启动过程蜗壳流道内的漩涡区明显多于稳态过程在启动过程初期,差别最大,随着转速的增加,泵内绝对速度分布的差别逐渐减小。


(a)和(b)分别为关死点稳态过程与启动总时间为户2s下关阀启动过程不同时刻泵中间截面的相对速度分布与流线图。

从图(a)中可以看出,不同转速下,水泵叶轮流道内均存在大面积的低速区,叶轮出口处相对速度最大,叶轮流道内存在数量不等,大小不一的漩涡,叶轮内流动损失很大,随着转速的增加,叶轮内相对速度逐渐增大,低速区面积逐渐减小,漩涡区的范围和数量逐渐减小,叶轮内相对速度分布逐渐变的均匀。

从图(b)中可以看出,不同时刻叶轮出口处相对速度最大,叶轮流道内存在数量不等,大小不一的漩涡,启动初期当户0.4s时,漩涡区几乎充满整个叶轮流道,叶轮内流动损失很大,随着转速的增加,叶轮内相对速度逐渐增大,低速区面积逐渐减小,漩涡区的范围和数量逐渐减小。

水泵厂对比图(a)和(b)可以看出,在同一时刻,稳态过程泵内相对速度大于关阀启动过程泵内相对速度,在启动过程初期,相对速度流线分布的差别最大,随着转速的增加,泵内部流场的差别逐渐减小。


3、进口管路轴截面速度分布

不同转速下,恒压供水设备水泵进口管路内速度沿流动方向逐渐增大,进口管路靠近来流处速度流线分布均匀,在靠近吸水室进口处出现大量类似卡门涡街的对称分布漩涡区,随着转速的增加,进口管路内速度逐渐增加,在吸水室进口处速度最大,漩涡区范围逐渐扩大,漩涡数量逐渐增加,当漩涡区充满进口管路约一半时,漩涡区范围不再扩大。

恒压供水设备水泵启动初期0.4s时,进口管路内速度流线分布均匀,当0.8s时,靠近吸水室进口出开始出现漩涡区,随着转速的增加,漩涡区范围向来流方向扩大,漩涡数量增加,漩涡区分布与稳态过程相似,呈对称分布。在同一时刻,稳态过程进口管路内速度大于关阀启动过程进口管内的速度,漩涡区的范围及漩涡数量均大于同一时刻瞬态过程。基于水泵厂对关死点稳态过程和启动过程内流场的分析发现:同一时刻,关阀启动过程内部瞬态溜流场的发展总体上滞后于关死点处稳态过程内部流场。


 


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