带有缝隙引流叶片的低比转速离心泵内部流动机理研究

带有缝隙引流叶片的离心式叶轮是申请人提出的一种新型离心泵叶轮，通过在叶片前缘添加与主叶片重叠而形成一定间隙的短小叶片，实现流动的被动控制，以控制边界层的分离，达到提高离心泵多工况点效率的目的。.申请人拟采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法开展缝隙引流叶片式低比转速离心泵内部流动机理的研究。拟通过PIV实验测量缝隙引流叶片式低比转速离心泵的内部流场，获得必要的实验数据，为机理分析、理论建模和模型验证提供必要的实验基础。拟采用大涡模拟的方法模拟复杂工况下缝隙引流叶片式低比转速离心泵内部流动，获取丰富的流场和湍流脉动信息，为机理分析和建立高效的泵内流动和性能预测模型提供数据基础。结合实验和数值模拟结果，对缝隙引流叶片式低比转速离心泵内部流动机理进行分析，根据泵内流动结构的特点，建立适合低比转速离心泵内部流动模拟的高效数学模型和数值预测方法，最终提出缝隙引流叶片式低比转速离心泵的设计理论。

基于流动控制的思想设计的带有缝隙引流叶片的低比转速离心泵与传统叶轮离心泵相比，其水力性能在一定的工况范围内明显提高，且泵运行稳定。.本项目组通过搭建实验平台、建立高效数理模型，深入开展了缝隙引流叶片式低比转速离心泵内部流动的数值和实验研究工作，探索了其内部流动机理，为低比转速离心泵的优化设计、性能预测和流动控制提供了理论、数值和实验基础，这项研究工作具有重要的科学意义和广阔的工程应用前景。.本项目的主要研究内容和成果：.（1）缝隙引流叶片式和传统叶轮低比转速离心泵实验研究.在设计和非设计工况下，运用PIV技术对缝隙引流叶片式低比转速离心泵和传统叶轮离心泵内部速度场进行精细测量，并采用压力传感器和加速度传感器测量相关位置的压力脉动和振动信息，为分析缝隙引流叶片式低比转速离心泵内部流动机理、建立高效的内部流场预测模型提供实验基础。.（2）建立适合缝隙引流叶片式低比转速离心泵的数值分析方法.通过引入基于局部流场信息的冯•卡门尺度，对传统DES方法进行了修正，并经过多个算例测试，验证了该方法的有效性。新发展的尺度自适应性分离涡模拟SDES方法改进了传统DES方法在分区辨识方面存在直接依赖网格的不足，可实现稳态与非稳态区域自适应性切换RANS/LES方法进行求解。.（3）缝隙引流叶片式和传统叶轮低比转速离心泵数值研究.采用离心泵水力性能实验和PIV流场实验获得的数据对SDES方法进行了验证，在此基础上，通过数值实验对比分析了传统叶轮和缝隙引流叶轮离心泵内部流动特性之间的差异，认为缝隙叶轮前缘小叶片降低了强剪切湍流引起的叶轮内能量损失。.（4）缝隙引流叶片式低比转速离心泵内部流动机理研究.根据内流场实验、数值模拟和外特性试验的结果，分别在设计和非设计工况，分析带有缝隙引流叶片的低比转速离心泵内部流动结构及其与外特性的关联，明晰了其内部流动机理。