【摘 要】
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离心泵是一种依靠叶轮高速旋转来促使流体做功的叶片泵,叶轮是离心泵的心脏。叶轮将机械能传递给流体,提高流体的压力,完成流体输送。叶轮内流体呈现三维非稳态的复杂流动状态。轴向漩涡是叶轮内一种特殊的流动现象,它的速度分布规律与叶轮内的脱流现象及泵的扬程关系密切,对轴向漩涡流动特性展开研究,能够为离心泵优化设计提供理论参考,对提高离心泵效率有着重要意义。文章基于轴向漩涡的理论分析,结合PIV试验和数值模拟
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离心泵是一种依靠叶轮高速旋转来促使流体做功的叶片泵,叶轮是离心泵的心脏。叶轮将机械能传递给流体,提高流体的压力,完成流体输送。叶轮内流体呈现三维非稳态的复杂流动状态。轴向漩涡是叶轮内一种特殊的流动现象,它的速度分布规律与叶轮内的脱流现象及泵的扬程关系密切,对轴向漩涡流动特性展开研究,能够为离心泵优化设计提供理论参考,对提高离心泵效率有着重要意义。文章基于轴向漩涡的理论分析,结合PIV试验和数值模拟对不同粘度的流体介质在叶轮封闭单流道内的流动特性进行了研究,本文的主要内容和结论如下:（1）对轴向漩涡的成因和轴向漩涡对叶轮出口滑移、离心泵性能的影响,介质粘度对离心泵内部流动的影响等研究现状进行了总结。通过理论分析,得到轴向漩涡的流动特征具有强制涡的流动特点。运用一元理论,设计了一前后盖板平行的低比转速叶轮,叶片采用等角螺旋线形成的圆柱形叶片。为尽量避免PIV试验中弯曲叶片对激光的干涉,满足PIV测试的需要,在几何参数不变的条件下,另外设计了进出口安放角均为90°的直叶片叶轮。建立了两种不同叶片形状的叶轮封闭单流道水体模型。（2）对直叶片封闭单流道进行了数值模拟,分别模拟了水在不同温度对应不同粘度、四个不同转速（400r/min、600r/min、800r/min、1200r/min）、不同流体介质的内部流动特征。在封闭单流道内垂直于轴心线截取了三个平面,通过对这三个平面内的流场进行分析,得到以下结论:封闭单流道内的流体介质流动具有同一性,针对本文模型,流动呈二维平面流动特征;温度对边界相对速度有一定的影响,但影响不显著;压力会随着温度的增大而增大;介质粘度对边界相对速度会产生一定的影响。（3）搭建了轴向漩涡PIV测试试验系统,在不同转速下,采用不同粘性的流体介质对叶轮封闭单流道的内部流场进行了测试,结果显示:不同工况下,介质在封闭单流道内均会形成轴向漩涡,且轴向漩涡在垂直于轴心线的三个平面内呈现相同的流动特征,这与数值模拟结论一致,验证了数值模拟的合理性。（4）对圆柱形叶片封闭单流道进行数值模拟结果分析,结果表明:同直叶片相同,圆柱形叶片封闭单流道内也会形成具有相同流动特征的轴向漩涡;转速和介质粘度对压力会产生影响;转速与边界相对速度成线性关系;介质粘度与边界相对速度成反比关系。
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