采用調(diào)整混流泵徑向間隙的方法，設計了蝸殼基圓直徑為280、290、300mm的計算模型，并對其進行了定常和非定常計算.通過對3種模型進行非定常數(shù)值計算，得到了不同基圓直徑混流泵的壓力脈動特性并對其進行比較分析。結(jié)果表明：葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片和隔舌的動靜干涉作用導致蝸殼近壁面各監(jiān)測點的壓力脈動具有明顯的周期性；在相同流量下，徑向間隙越小，監(jiān)測點頻域振幅越大；隔舌處監(jiān)測點壓力脈動幅度大于其他監(jiān)測點幅度.對基圓直徑為290mm的泵進行數(shù)值模擬與外特性試驗研究，泵模擬效率為82.3%，試驗效率為80%，模擬效率比試驗效率高2.3%.對比兩者結(jié)果可知：數(shù)值模擬的結(jié)果是可信的。

　　1、前言

　　混流泵是一種普遍應用于排澇，防洪、澆灌等諸多方面的優(yōu)秀泵型，具備流量和揚程變化范圍廣、高效運行區(qū)寬等優(yōu)點。為研究并提高該類型水泵的性能，人們對混流泵內(nèi)部復雜流場進行了大量的數(shù)值模擬與實驗研究。如Cugal利用三孔探對混流泵內(nèi)部流動進行了測量，并測試了其流量、揚程及功率等外特性；KATO等對混流泵內(nèi)部進行了大渦模擬，分析了混流泵內(nèi)部動靜干涉引起的非定常流動；MUGGLI等從開關(guān)全關(guān)調(diào)到最大流量工況下混流泵的內(nèi)流場進行了數(shù)值模擬，并預測水泵性能；楊敏等運用數(shù)值模擬方法分析雙蝸殼的壓力脈動特性和葉輪徑向力矢量分布；SolisM等通過改變隔舌安放角的方式來調(diào)整葉輪與隔舌間隙，研究了離心泵內(nèi)部壓力脈動的變化情況。許多研究表明，蝸殼和葉輪互相干擾所產(chǎn)生的壓力脈動，真空技術(shù)網(wǎng)（http://m.mp99x.cn/）認為這是影響混流泵穩(wěn)定運行的重要因素，會導致設備的噪聲和振動，嚴重時甚至會損壞系統(tǒng)設備。但到目前為止，混流泵隔舌間隙大小變化對其內(nèi)部流場影響的研究還較少。

　　在本文中，保證葉輪參數(shù)、隔舌安放角及蝸殼各斷面形狀不變，通過改變蝸殼的基圓直徑D3改變?nèi)~輪與隔舌間的間隙。設計了基圓直徑分別為280、290和300mm的3種模型。對水泵進行了定常和非定常數(shù)值模擬，對不同基圓尺寸時壓水室上的監(jiān)測點的壓力脈動特性進行研究。

　　2、計算模型

　　模型泵的技術(shù)參數(shù)為：流量Q=900m3/h，揚程H=20m，轉(zhuǎn)速n=2000r/min，葉片數(shù)Z=4，葉輪出口直徑D2=270mm，3種不同蝸殼基圓直徑D分別為280、290和300mm，3種基圓尺寸隔舌示意如圖1所示。

圖1 3種基圓尺寸隔舌間隙示意

　　流場的計算域由葉輪、蝸殼、泵腔，入口管和出口管組成，如圖2所示是泵全流場三維造型。

圖2 計算模型

　　選用有限體積法進行離散求解，應用ANSYSCFX12.0線性求解器和SST模型，對連續(xù)方程和動量方程組進行同時求解。選用ICEM軟件對模型進行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并對交界面處網(wǎng)格進行局部加密。文中對模型網(wǎng)格數(shù)為210、242、270和310萬4種情況下的揚程，效率及軸功率進行比較，發(fā)現(xiàn)當網(wǎng)格數(shù)為270萬時計算結(jié)果已無明顯差別。

　　定常模擬時進口邊界條件采用速度進口，出口邊界條件采用開放式出口。非定常數(shù)值模擬時以定常收斂結(jié)果作為初始值，葉輪每旋轉(zhuǎn)3°作為非定常計算的一個時間步長，即0.00025s。為了非定常分析的準確性，將葉輪旋轉(zhuǎn)7個周期，取第7個周期的計算結(jié)果用于分析。在隔舌以及靠近蝸殼壁面處設置若干測點監(jiān)測壓力脈動的變化規(guī)律，各監(jiān)測點的位置如圖3所示。

圖3 監(jiān)測點位置

　　5、結(jié)論

　　(1)由于葉片和隔舌周期性變化的動靜干涉作用，不同基圓直徑下蝸殼內(nèi)各監(jiān)測點壓力脈動具有明顯周期性；

　　(2)在額定流量時，3種蝸殼基圓直徑下水泵內(nèi)流場總體較好，蝸殼近壁面監(jiān)測點的壓力脈動具有周期性，葉片與隔舌處的動靜干涉作用是引起壓力脈動的主要原因；

　　(3)對蝸殼基圓直徑為290mm的泵進行數(shù)值模擬與性能試驗，泵模擬效率82.3%，試驗效率80%，對比分析結(jié)果表明數(shù)值模擬的結(jié)果是可信的。