低比转数离心泵驼峰现象的不稳定流动机理研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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低比转数离心泵驼峰现象的不稳定流动机理研究

项目名称：低比转数离心泵驼峰现象的不稳定流动机理研究
项目类别：面上项目
批准号：51079062
申请代码：E090601
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2013-12-31

项目负责人：刘厚林
负责人职称：研究员
依托单位：江苏大学
批准年度：2010

中文摘要：

低比转数离心泵广泛应用于航空航天、核能核电等领域，性能曲线易出现驼峰现象。泵运行在驼峰段时，性能将会恶化，并激发振动和噪声。本项目拟综合采用三维PIV测试、动态压力测试和油膜法流场显示技术分别对多个工况下泵全流道内的流动进行测量，为研究驼峰现象的流动机理提供必要的流场实测数据和压力频谱特征；发展涡粘性亚格子尺度模型，并以试验数据为边界条件，采用LES方法模拟泵全流道内的流动。研究旋转失速、回流等不稳定流动与叶型、叶片数等主要几何参数之间的关系，不稳定流动的产生机理和传播方式，叶轮与压水室的动静干涉作用对驼峰现象的影响。基于径向基函数神经网络和试验数据，探索泵内部无法测量区域的流场重构方法。本项目旨在掌握低比转数离心泵性能曲线驼峰现象的不稳定流动机理，为消除或减轻驼峰提供理论依据，有利于提高低比转数离心泵的效率，降低振动和噪声，增加运行稳定性，同时为其它类型泵不稳定特性的研究提供借鉴。

中文主题词：离心泵；驼峰现象；不稳定流动；数值模拟；试验测试

英文摘要：

centrifugal pumps；hump phenomenon；unsteady flow；numerical simulation；experiment test

英文主题词： centrifugal pumps；hump phenomenon；unsteady flow；numerical simulation；experiment test

结论摘要：

低比转数离心泵广泛应用于国民经济各领域。为提高低比转数离心泵的效率，通常采用加大流量、加大叶片出口安放角和出口宽度等方法进行水力设计。这样设计常常会使导致低比转数离心泵出现性能曲线驼峰现象，使其具有不稳定运行工况。当泵在不稳定工况运行时，振动和噪声会显著增加，严重影响泵系统的可靠性和工作寿命。因此，低比转数离心泵性能曲线驼峰现象是水力机械领域急需解决的难题之一。本项目力图掌握引起低比转数离心泵性能曲线驼峰现象的内部不稳定流动机理，从而提出控制性能曲线驼峰现象的理论和方法。按照项目研究计划书，本项目的主要研究内容和研究成果如下。（1）通过对低比转数离心泵的实际流量扬程曲线及公式进行理论分析，推导出低比转数离心泵流量扬程曲线无驼峰的控制方程。结合对24台低比转数离心泵实验参数和几何参数的统计研究，对控制方程的各项损失系数进行修正，从而得到了低比转数离心泵的无驼峰控制方程并进行了验证。（2）针对低比转数离心泵的内流特性，对SST k-ω模型进行了两种方案的改进。由于SST k-ω模型在边界层使用k-ω模型而在主流区使用标准k-ε模型，两者都没有考虑泵的旋转、大曲率等因素的影响。因此，采用考虑旋转和曲率影响的RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型对SST k-ω模型进行改进，进而提高了低比转数离心泵内部不稳定流动数值计算的精度。（3）采用改进的SST k-ω湍流模型对低比转数离心泵内部不稳定流动进行了多工况的数值计算，分析了泵内各种不稳定流动与性能曲线驼峰现象之间的关系。（4）对低比数离心泵驼峰工况下的内部不稳定流动进行了PIV试验测试，验证了数值模拟研究的正确性，同时也进一步揭示了不稳定流动的基本运动规律及与驼峰之间的关系。本项目共出版专著1部；发表论文37篇，其中SCI检索7篇、EI检索22篇；申请发明专利8项，其中授权2项；获软件著作权登记5项；获省部级二等奖2项；培养硕士研究生4名、博士研究生2名。

成果综合统计