不同结构形式高速诱导轮的内部流动特性研究

Cavitation is one of the main reason to cause centrifugal pump's malfunction. The most effective method to improve the anti-cavitation performance of the pump is to add an inducer before the impeller. The influence mechanism of the different structural style, geometrical parameters and rotation speed on the inner flow of the inducer is not yet revealed. The inducer is basically designed based on empirical method at present. So the influence of these parameters on the inner flow characteristic of the inducer needs to be studied urgently..In this research, the influence of the structural style, geometrical parameters, rotation speed and the gap flow on the inner flow characteristic of the inducer will be analyzed by theoretical method, numerical simulation and experiment. The effective turbulent model based on the inducer feature will be established. The internal relation between the inner turblent flow mechanism and the performance parameter of the inducer will be revealed. The energy matching between the inducer and the impeller will be established. This research will provide important theoretical supply for the improvement of the inducer's anti-cavitation performance.

引起离心泵故障的主要原因之一是汽蚀破坏，前置诱导轮是离心泵大幅度提高抗汽蚀性能的最有效方法。由于诱导轮的结构形式、几何参数和转速工况变化对其内部流动特性的影响机理尚不明确，目前基本是基于经验方法对诱导轮进行设计，因此针对上述参数变化对诱导轮内部流动特性的影响进行研究，为提高诱导轮抗汽蚀性能提供理论支撑，是一个急待解决的问题。.本项目的总体构想是通过理论分析、数值模拟和内外特性实验研究，分析诱导轮的结构形式、几何参数和转速工况对诱导轮内部流动特性的影响，建立基于诱导轮特征的有效湍流模型，明确诱导轮内特性和外特性之间的内在关系，建立诱导轮和离心叶轮之间的能量匹配关系，揭示诱导轮的内部流动机理，为提高诱导轮离心泵的抗汽蚀性能提供理论支撑。

高速离心泵在高速下运行，离心叶轮极易发生空化，空化的发生会造成离心泵性能下降，产生空蚀破坏，同时也会使机组振动加剧，严重时甚至会产生灾难性后果。目前，防止高速离心泵发生空化的最有效途径之一是在高速离心主叶轮前加装诱导轮，因此对诱导轮内的流动展开研究非常有意义并且很有必要。目前，对旋转空化两相流的研究仍处于探索之中，尤其是诱导轮内的空化流动机理尚未完全明确。本项目从数值计算和性能实验方面入手对高速离心泵和诱导轮内的空化演变过程、空化流动机理等进行研究。.项目在不同转速工况下，针对不同形式诱导轮开展旋转空化流动数值计算，分析了设计工况点和不同转速工况点下前置各诱导轮高速离心泵内的旋转空化流动特征，揭示了在不同空化系数下空化发展的过程。其次针对前置诱导轮离心泵为研究对象进行了外特性性能实验，得到了多工况下，在前置各诱导轮情况下该高速离心泵的性能曲线。对各种诱导轮的抗汽蚀性能进行了分析比较，得到了抗汽蚀性能较好的诱导轮为变螺距诱导轮，得到了叶片数相对较佳的变螺距诱导轮为三叶片变螺距诱导轮；对各转速下的相似工况点进行了汽蚀实验，得到了其抗汽蚀性能随着转速的增加而降低的结论。.项目执行期间，项目组成功组织了水力机械学科发展战略研讨会暨第六届全国水力机械及其系统学术会议，参会人员约220人。培养研究生2人，均已毕业。发表论文4篇，其中SCI收录2篇，EI收录2篇。