本文在转速与流量为设计参数时,气体体积比为10%~90%的9组工况进行模拟。经过数值模拟,分别得到了体积比不同工况下,流场内相对速度、压力以及含气率的分布云图,为检验第四代混输泵叶轮的设计提供了有力的证据。由于篇幅所限,本文只给出气体体积比为60%工况下的模拟结果。
1、相对速度分布
(1)由图3和图4可以看出,从叶轮入口到出口,相对速度变化均匀,无明显突变,整个流动方向基本与叶片相切,只在叶片出口处存在少量径向速度,这种情况不易造成径向分离,对于两相输送是十分有利的。
(2)在压力面的中间靠近轮毂部位,以及吸力面出口靠近轮毂部位,存在少量的相对速度反向情况,说明这里存在气液分离情况。
2、静压力分布
(1)在叶片压力面和吸力面表面进口稍后均有一个相对低压区,这说明本文所模拟混输泵的抽吸能力。除此区域以外,沿叶片表面,从入口到出口,压力逐渐平缓增加,无明显突变。这样的压力分布不易造成两相分离,对两相输送是十分有利的。
(2)此图以数据的形式反映的叶轮正反面上的压力分布情况。r=70mm为靠近轮穀处的压力切面,r=79mm为靠近轮缘处的压力切面,r=75mm为中间的压力切面。我们清楚的发现混输泵流场内部压力分布趋势。从入口到出口,吸力面和压力面静压力分布曲线相对光滑。但是,在广一泵叶轮轴向高度为10~20mm处,压力面存在一个微小的下凹区,此处的压力分布容易导致气液分离。
3、密度分布
为了考察流场内部含气率的分布,本文对计算结果做了密度的分布云图。密度较大的地方含气率低,相反,密度较小的地方含气率高。由图可以看出,压力面靠近轮毂处,有一个密度较小的环形区域(此处含气率较高),接近轮缘处有一个密度较大的区域(此处含气率较低)。叶片吸力面出口,靠近轮毂处存在一个密度较小的区域。这是因为流场转动所产生的离心力使密度较大的液相被甩向轮缘。并且,总体来说,广一水泵叶片吸力面的含气率要比叶片压力面稍髙,这是因为重力的作用,使密度较小的气体上升。除轮毂和轮缘处含气率有个较大和较小的区域外,其余部分含气率分布相对比较均匀。
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