CN111400941B 一种叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法 （江苏大学）

一种叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数本发明公开了一种叶片泵内部回流及回流在小流量工况下其内部回流及回流旋涡空化现泵内部流动的定常及泵内部空化流动进行数值的主频，并对压力脉动信号进行相位相关性分2步骤二、采用CFD软件设置设计工况与小流量工况下叶片泵内部流动的定常数值计算步骤五、基于步骤三与四泵内部回流流动与空化流动的步骤六、基于步骤五泵内部回流与回流旋涡空化发生时各监测点的压力脉动计算结2.根据权利要求1所述的叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，其特征在步骤1)采用三维软件Creo对叶片泵的计算流体域进行三维造型，输出后缀为stp的模步骤2)基于ICEMCFD软件、采用六面体结构网格对泵3.根据权利要求2所述的叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，其特征在3步骤4)基于步骤3)进行泵内部流动的定常数值模拟，并输出后缀为res的数值计算结步骤5)基于步骤3)通过对湍流模型、泵进出口边界条件4.根据权利要求3所述的叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，其特征在步骤6)选取具有代表性的4个工况点的泵内部回流流动的数值计算结果：设计工况点步骤7)基于步骤6)所选工况的泵内部回流流动的步骤8)基于步骤7)进行对比分析不同工况、不同截面5.根据权利要求4所述的叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，其特征在步骤9)基于步骤3)的设置并将气态介质加入计算域中步骤10)设置进口边界流体介质的初始体积分数，将液步骤12)将步骤6)所选工况下的泵内部无空化定常流动计算结果的res文件作为泵空步骤14)获取不同工况下、不同空化条件下即不同空化系数下叶轮内空泡体积等值面6.根据权利要求5所述的叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，其特征在4步骤16)基于步骤6)所选工况下的泵内部回流流动的定常数值计算结果为初始条件，步骤17)基于步骤12)泵空化流动的定常数值计步骤18)在步骤16)和步骤17)的非定常数值模拟计算中，其中涉及的湍流模型选RNG步骤20)提取泵进口管道及叶轮进口流场、回流旋涡空化的空泡体积分布随时间变化步骤22)获取所选工况下叶轮旋转一个周期内不同时刻叶轮及进口管内10％空泡等值步骤23)提取步骤19)中所设置监测点处的压力脉动信号步骤25)在MATLAB中对各个监测点的压力脉动信号进行傅里叶变换，获取各个压力脉7.根据权利要求6所述的叶片泵内部回流及回流旋涡空化的数值预测方法，其特征在步骤26)基于步骤23)泵内部回流与回流旋涡空化发生时各监测点的压力脉动计算结步骤27)对相邻各监测点的压力脉动信号进行相位交叉性与相关性分析，获取回流与5[0003]空化现象普遍存在于泵类旋转机械及其他水力机械中，算的离心泵回流及回流旋涡空化的数值预测方[0007]步骤1)采用三维软件Creo对叶片泵的流体域进行三维造型，输出后缀为stp的模[0010]步骤3)将步骤2)的网格文件导入ANSYS-CFX中选择Steady计算模式，设置求解器6[0012]步骤4)基于步骤3)进行泵内部流动的定常数值模拟，并输出后缀为res的数值计[0015]步骤6)选取具有代表性的4个工况点的泵内部回流流动的数值计算结果：设计工[0021]步骤9)将气态介质加入计算域中，选取均相流空化模型；质量传递设置为[0024]步骤12)将步骤6)所选工况下的泵内部无空化情况下计算的res文件作为初始文[0026]步骤14)获取不同工况下不同空化条件下，即不同空化系数下叶轮内空泡体积等7[0027]步骤15)分别对不同工况，选取截面1即回流发生区域和截面5即未见明显回流区[0029]步骤16)基于步骤6)所选工况下的泵内部回流流动的定常数值计算结果为初始条[0031]步骤18)在步骤16)和步骤17)的非定常数值模拟计算中，其中涉及的湍流模型选[0033]步骤20)提取泵进口管道及叶轮进口流场、回流漩涡空化的空泡体积分布随时间[0035]步骤22)获取所选工况下叶轮旋转一个周期内不同时刻叶轮及进口管内10％空泡2为叶轮出口处的圆周速度。[0040]步骤25)在MATLAB中对各个监测点的压力脉动信号进行傅里叶变换，获取各个压[0042]步骤26)基于步骤23)泵内部回流与回流漩涡空化发生时各监测点的压力脉动计[0043]步骤27)对相邻各监测点的压力脉动信号进行相位交叉性与相关性分析，获取回流与回流漩涡空化发生与发展阶段中的不稳定流动单元数，获取其相应的轴向与径向特8[0048]图4为本发明实施例中在不同流量下泵进口管内不同圆柱面上的轴向速度、周向[0062]应用Creo三维造型软件对离心泵的流体域进行三维建模，输出后缀为stp的模型[0063]步骤(2)将步骤(1)的网格文件导入ANSYS-CFX中选择Steady计算模式，首先进行9CEL语言写入扬程H与效率η的表达式进行监测，完成各工况下泵内部流动的定常数值计算[0065]步骤(3)基于步骤(2)进行泵内部流动的定常数值模拟，并输出后缀为res的数值[0066]步骤(4)基于步骤(3)中泵内部流动的定常数值计算结果，选取具有代表性的4个[0068]步骤(6)图3为基于步骤(4)所选取工况点下的叶轮进口速度流线图，可以看出在度正方向为与主流流动方向相同的方向，周向速度正方向为与叶轮旋转方向相同的方向。化情况下计算的res文件作为初始文件进行一个大气压下的空化计算，并在计算完成后逐空化系数下)叶轮内空泡体积等值面分布，获得空泡发展与回流强度发展的关系。图7为[0075]步骤(13)基于步骤(4)所选工况下的泵内部回流流动的定常数值计算结果为初始[0076]步骤(14)基于步骤(8)泵空化流动的定常数值计算结果为初始条件，进一步选择[0081]步骤(19)获取所选工况下叶轮旋转一个周期内不同时刻叶轮及进口管内10％空2为叶轮出口处的圆周速度。小的变化趋势，这是与该工况下发生的回流不稳定流动现象有关；监测点P10的次主频为0.1倍轴频，其余监测点次主频均为0.4倍轴频的低频频率；分别选取0.11倍轴频基于步骤(19)和步骤(23)的回流与回流漩涡空化发生与发展阶段中的压力脉动分析结果，