壁面粗糙度对轴流泵水力性能影响的研究.pdf

维普资讯 2006年2月 灌溉排水学报 Journa1．ofIrrigationand 第25卷第 1期 文章编号：1000—646x(2oo6)ol一0085—04 壁面粗糙度对轴流泵水力性能影响的研究 朱红耕 ，鄢必鹏2，周济人 (1．扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州225009； 2．扬州大学 自然科学处，江苏扬州225009) 摘 要：采用垒三维雷诺时均Navler-Stokes方程和标准K一 湍流模型，数值模拟了包括叶轮、导叶、泵壳和轮毂等 过流部件壁面粗糙度对轴流泵水力性能的影响。计算结果表明，壁面粗糙度对轴流泵的水力特性影响显著。通过 机械抛光或表面处理等方法，降低过流表面的粗糙度，可有效地提高轴流泵的扬程和效率。水泵的效率对叶片表 面的粗糙度更加敏感，应给予更多的关注。研究还发现，水泵出口断面轴向流速分布均匀度和速度加权平均偏流 角也随壁面粗糙度改变而改变。 关 键 词：壁面粗糙度；数值模拟；水力特性；叶片；轴流泵 中图分类号：TV136；TI-I312 文献标识码：A 在泵及泵装置模型试验和生产实践中，人们总是尽可能地降低过流部件的表面粗糙度，以获得较高的水 泵效率。然而，目前的研究主要集中在离心泵上，从理论上或采用计算流体力学的方法研究壁面粗糙度对轴 流泵水力性能影响的文献很少 。 通过建立数值模型，采用CFD方法模拟轴流泵内部三维不可压紊流场，研究过流部件壁面粗糙度，尤其 是叶片壁面粗糙度对轴流泵水力特性的影响，在相同的流量和转速等条件下，获得不同粗糙度下泵的扬程、 轴功率和效率，取得了一些有价值的计算结果，为水泵的设计、制造、质量控制、试验、性能预测和换算等研究 提供了参考依据。 1 数学模型 I．I 控制方程 采用时均不可压全三维J7＼r—s方程描述轴流泵内部的三维流动，质量守衡方程和动量方程可写成下列 形式 引。 E + + =S (1) 式中：，y,z为固定在叶轮上的相对笛卡尔坐标，叶轮以角速度∞绕 轴旋转，E，F，G和S为列向量，表达式 为： pu pv pw puu—I．tcyu， pvu—I．tcruy pwu—tx,~u E = F = G = puv一 pw 一 pwv一 i puw —I．t~w pvw 一 pww —I．t~w- 收稿 日期：2005—07—04 基金项目：国家 “十五”攻关项 目(zzo2-03一Ol一04／05—01)；水利部科技创新项 目(SCX2003—12)；江苏高校省级重点实验室开放课 题 (KJS03087)；江苏省教育厅指导性计划项 目(LK4010185) 作者简介：朱红耕(1956一)，男。江苏盐城人。教授。博士生。从事流体机械及工程的教学和研究． 85 维普资讯 O ( )+【 )y+(x／,Ew)一p-+2p伽 S = ( zy‘) +(g,Hvy)y+( )一尸 +2pwu