回流对离心泵质量流量增益系数的影响( Backflow effects on mass flow gain factor in a centrifugal pump )

Wenzhe Kang Lingjiu Zhou Dianhai Liu Zhengwei Wang

前人的研究表明，离心泵在低流量工况下运行时，可能会发生进口回流，并对汽蚀行为（如质量流量增益因子）和汽蚀稳定性（如汽蚀喘振）产生不可忽略的影响。为分析叶轮进口回流对叶轮内汽蚀流动的影响，对两种典型离心泵进行了汽蚀流动的对比研究。基于RANS（Reynolds-Averaged Naiver-Stokes）求解器,采用剪切应力输运湍流模型和均相多相模型,对两泵内的空化流动进行了一系列计算流体力学(CFD)模拟。A泵（叶轮入口回流较少）的腔体体积随流量的减小而减小,B泵（入口回流明显）的腔体体积在0.1285处达到最小值,然后随流量的减小而增大。对于A泵，在所有计算条件下，质量流量增益因子均为负值，且绝对值随空化数的减少而增加。对于B泵,质量流量增益因子在大多数情况下为负值,但在一些低流量系数和低汽蚀数的情况下为正值,大多数情况下在0.151时达到最小值。叶轮入口回流的发展是产生较大差异的根本原因。对于B泵，回流与主流之间的强烈剪切导致了进口管的汽蚀。随着流量的减小,叶轮内的空腔体积减小,而进口管内的空腔体积增大,使得总空腔体积在0.1285处达到最小值,质量流量增益因子为正。通过对两泵空化流的瞬态计算,发现B泵在某些非设计工况下（如：0.107,0.195）存在压力和流量的低频波动。详细分析了进口压力、进口流量、腔体容积、回流之间的关系，以了解低频波动的周期性演化。在低流量条件下，回流是造成质量流量增益因子为正值的主要原因。通过对空化流的瞬态模拟，认为回流是影响空化泵系统水力稳定性的一个重要方面。

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