低比转速离心泵非稳定性特性机理及其控制途径的研究

离心泵运行的不稳定性是影响其使用的关键问题之一，扬程－流量特性线和最小热连续工作流量是离心泵稳定性的两个主要表征参数。若离心泵的扬程－流量特性线存在正斜率上升段，当离心泵在正斜率上升段运行就会产生不稳定，出口压力出现波动和发生喘振现象，导致离心泵不能正常运行，影响连续化正常生产。最小连续热工作流量偏小，使得离心泵稳定运行范围变窄。申请者认为，对低比转速离心泵不稳定特性进行更深入的研究，揭示在小流量工况下水力损失产生的形成机理，通过泵内流场的数值计算，建立扬程－流量特性线与几何参数和流动参数之间的关系和最小热连续工作流量的计算方法，并在此基础上提出不稳定性的控制技术措施，建立低比转速离心泵基于三维流动分析以稳定性为主要目标的优化设计方法，从而为低比转速离心泵的进一步研制及其在石油化工和电力等流程工业的推广应用奠定理论基础和依据。

本项目以实验用离心泵为具体研究对象，在全流量范围并重点在小流量工况下，进行理论分析、流动模拟计算、流动观测和外特性实验研究，完善以提升效率为主线的离心泵设计方法。.首先在不同流量工况下对模型泵内部流场进行数值模拟，发现由于隔舌的阻碍作用，叶轮内静压与总压分布呈局部的非对称性，近隔舌端的叶轮流道内压力分布与其他流道内明显不同，出现局部压力最大值。小流量工况下的叶轮流道内漩涡现象加剧且产生回流。由于离心泵内部为旋转流场，再加上其结构的不对称性，在进行PIV测试实验时，设计了定位锁相装置来保证同一次实验中拍摄到的多组图像位置相同。而标定准确是可视化测量准确的前提，设计制作了实验标定装置来减小标定误差。对模型泵进行流动观测实验的结果发现，离隔舌较远的叶轮流道内部流动在不同流量工况下均较为均匀，而在隔舌附近的流道，内部流动紊乱，存在大面积回流，其流场受到隔舌的影响比较大，因此在设计时应将蜗壳和叶轮作为整体进行优化分析。在小流量工况时，隔舌附近流动更加紊乱，导致损失进一步增大，扬程下降，外特性呈现明显不稳定。以泵进口和泵出口闭合管线打回流的方式来进行外特性实验，发现在小流量工况时，由于损失增大，泵内水温明显升高。最小热连续工作流量约为设计流量的30%。.项目执行期间，项目组成员积极参与学术交流，参加了以下会议：内部流动气体动力学会议（2011年比利时）、AJK流体工程会议（2011年日本）、ASME流体工程会议（2012年美国）、流体机械及流体工程会议（2012年韩国）、工程热物理学术年会（2011年武汉、2012年哈尔滨和2013呼和浩特）、全国水力机械及其系统学术会议（2012年兰州），并在会议上进行相关论文宣读。发表论文12篇，其中国际期刊3篇，SCI收录5篇，EI收录6篇，授权专利2项。培养硕士研究生4名，2名已毕业，另外2名拟分别于2014年3月和6月毕业。