瞬态操作条件下离心泵内部非定常流动机理研究与数值模拟

启动、停机和转速波动等瞬态过程常见于离心泵的各种应用场合，瞬态过程直接引起离心泵在性能和负载特性上的瞬态效应。在装置复杂程度及可靠性要求明显提高的应用需求下，为避免离心泵瞬态过程对装置或系统的破坏，准确预测瞬态性能与载荷，并考虑其在瞬态推进等场合的高效、可靠应用问题，本项目在已有瞬态外特性的研究基础上，研究离心泵瞬态过程的内部流动，探索瞬态效应的内流机理，建立瞬态过程内流数值模拟和动态载荷预测方法。项目以启动、停机和转速波动等瞬态操作条件下的离心泵为研究对象，开展内部瞬态流动的实验和数值模拟研究，揭示瞬态过程离心泵内部非定常流动的演化机理及其吸入特性；研究转速突变过程叶轮旋转流动描述方法和湍流计算方法，建立离心泵瞬态操作条件下内部流动的三维数值模拟方法；通过内流机理和数值模拟研究，为离心泵系统的优化、控制提供依据，为提高瞬态过程的可靠性提供理论基础，也可为其他流体机械提供参考。

启动、停机和转速波动等瞬态过程常见于离心泵的各种应用场合，瞬态过程直接引起离心泵在性能和负载特性上的瞬态效应。在装置复杂程度及可靠性要求明显提高的应用需求下，为避免离心泵瞬态过程对装置或系统的破坏，准确预测瞬态性能与载荷，并考虑其在瞬态推进等场合的高效、可靠应用问题，本项目在已有瞬态外特性的研究基础上，研究了离心泵瞬态过程的内部流动，分析了瞬态效应的内流机理，建立了瞬态过程内流数值模拟和动态载荷预测方法。取得的重要进展概括如下：研究了泵快速启动瞬间的空化现象，发现启动过程对空化的抑制或延迟作用；研究了泵启动过程的内流演化机理，发现启动初期叶轮内的势流结构及涡结构演化现象，及其与瞬态外特性的联系；建立了变速旋转区域描述模型及动态边界处理方法，实现泵启动过程的瞬态内流模拟；面向核泵系统研究了停机惰转过程的瞬态特性，建立了瞬态特性实验方法。通过内流机理和数值模拟研究，为提高离心泵系统瞬态过程的可靠性提供理论基础，也可为其他流体机械提供参考。