两相非定常空化空泡时空演化机理及其对高效离心泵水动力特性影响的研究

高性能和结构紧凑的离心泵在流体机械领域具有广泛的应用。低稠度叶片扩压器离心泵内两相非定常空化流动对其水动力特性和安全运行具有明显的影响。本项目对低稠度叶片扩压器离心泵内两相非定常附着空化流动进行深入的数值模拟和试验测量，发展和完善高效稳定的汽液两相附着空化数学模型和计算方法，研究离心泵几何结构尺寸（离心叶轮间隙尺寸、离心叶轮和低稠度叶片扩压器型线）和空化参数（空化系数、转速）对附着空化空泡发生、发展的影响机制和相应离心泵水动力性能的变化规律，阐明在不同空化系数和转速下，离心叶轮和低稠度叶片扩压器间相干作用下两相非定常附着空化空泡时空演化机理，阐明低稠度叶片扩压器离心泵内两相非定常附着空化流动对其水动力特性影响的一般规律。本项目为拓宽低稠度叶片扩压器离心泵的稳定运行范围和提高其水动力性能提供理论基础和技术支撑。

研发高效、小尺寸和宽广稳定运行范围的离心泵是节约能源的一个重要领域，研究低稠度叶片扩压器离心泵内两相非定常空化流动对于改善其水动力特性，进而提高效率和运行安全具有重要意义。本项目针对两相非定常空化流动提出了一种基于单方程界面浓度输运方程的空化模型，并对空化流动的湍流模型进行了改进，针对文丘里管内空化流动及离心泵内旋转空化进行了验证计算；针对气液相界面捕捉方法Particle Level Set中粒子对距离函数的修正方法进行了改进，开发完成求解高密度比、高粘性比的气液两相流界面演化的数值方法，并针对典型气液两相流问题进行了验证计算；采用数值模拟方法研究了扩压器导叶数、导叶出口直径、压水室结构、叶轮出口边和蜗壳隔舌安放角等参数对离心泵性能的影响，为拓宽低稠度叶片扩压器离心泵稳定运行范围和提高其水动力性能提供理论基础和技术支撑；建立了离心泵闭式试验台及高精度数据采集系统，并进行了相关测试试验；研究了微通道几何结构、入口流量、壁面吸附力和粘性等对通道内离散相尺寸的影响，为后续通过补气方式减轻汽蚀危害的研究提供理论基础。