為研究彎管進(jìn)口對(duì)混流葉輪動(dòng)態(tài)性能的影響，在Fluent6.3平臺(tái)上，采用壓力-速度修正的SIMPLEC方法求解時(shí)均化的Navier-Stokes方程，同時(shí)計(jì)算采用修正的RNGk-ε湍流模型，對(duì)于安裝在彎管后3倍管徑處及直管段的混流泵性能和徑向力特性進(jìn)行分析.通過定常流場(chǎng)分析，對(duì)葉輪進(jìn)口前軸向速度分布進(jìn)行對(duì)比.結(jié)果表明：采用彎管進(jìn)口的葉輪進(jìn)口流道在轉(zhuǎn)彎平面內(nèi)的軸向流速分布差異明顯，而彎管與直管進(jìn)口情況下的混流泵水力性能基本一致，并與試驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)相吻合.設(shè)計(jì)工況下的非定常析表明，直管進(jìn)口的混流泵葉輪徑向力定常分量幾乎為零，而采用彎管進(jìn)口的混流泵葉輪徑向力定常載荷顯著增大，尤其是葉頻段的非定常分量增大明顯，而由動(dòng)靜干擾引起的非定常分量基本不變。

　　在各種工程實(shí)踐中，如船艦推進(jìn)、石化、冶煉和泵站等場(chǎng)所，由于受到進(jìn)水流道和管路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及空間限制，很多泵設(shè)備無法獲得理想外部安裝條件.例如在一些強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)中，彎管位于泵進(jìn)口上游不遠(yuǎn)處，使得管件出口流場(chǎng)的非均勻變化影響到泵機(jī)組的正常運(yùn)行，容易導(dǎo)致泵產(chǎn)品的運(yùn)行故障.

　　以往國內(nèi)外眾多專家在離心泵性能、動(dòng)態(tài)載荷等方面做了很多研究，尤其是針對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪的性能、壓力脈動(dòng)及動(dòng)態(tài)載荷方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，但對(duì)于高比轉(zhuǎn)數(shù)的混流泵和軸流泵，由于其動(dòng)態(tài)載荷受進(jìn)口流場(chǎng)的影響而更為復(fù)雜，因而缺乏較深入的研究.目前國內(nèi)的仇寶云等分析了葉片進(jìn)口流態(tài)對(duì)水泵性能、導(dǎo)軸承偏磨和間隙氣蝕的影響，提出了改善流態(tài)的方法.肖若富等針對(duì)進(jìn)水流道對(duì)立式斜流泵的性能、水力載荷等方面影響進(jìn)行了很多試驗(yàn)和分析工作，在保持泵原有水力性能的條件下，對(duì)泵的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好效果.國際上，VanEsch等、Nyirenda在噴水推進(jìn)系統(tǒng)方面做了較多的相關(guān)工作，針對(duì)船舶推進(jìn)管路及混流噴水設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)研究.

　　根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，考慮到在文獻(xiàn)中噴水推進(jìn)試驗(yàn)所采用的進(jìn)口非均勻流場(chǎng)分布特性和試驗(yàn)設(shè)計(jì)情況，分析采用90°彎管作為典型進(jìn)口管件，以混流泵水力模型作為研究對(duì)象，由于彎管產(chǎn)生的非均勻流速分布與文獻(xiàn)與中整流管束所產(chǎn)生的非均勻流場(chǎng)十分相似，因此該方案有利于對(duì)結(jié)果進(jìn)行可靠的分析和驗(yàn)證，同時(shí)易于進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究.文中通過對(duì)該混流泵模型分別在直管與彎管進(jìn)口條件下的水力性能、動(dòng)態(tài)徑向力變化特征分析，深入了解彎管進(jìn)口下的非均勻進(jìn)口流場(chǎng)對(duì)葉輪性能及徑向力載荷的影響，為混流泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計(jì)提供有效參考.

1、研究方案與數(shù)值模型

　　1.1、研究方案

　　分別針對(duì)混流泵模型在直管與彎管進(jìn)口條件下的水力性能、動(dòng)態(tài)徑向載荷進(jìn)行分析.其中彎管的轉(zhuǎn)彎半徑為1.5倍管徑，葉輪進(jìn)口距離彎管出口為3倍管徑.分析采用的混流泵水力模型設(shè)計(jì)參數(shù)中設(shè)計(jì)流量Q0=1400m3/h，揚(yáng)程H0=12m，設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)數(shù)ns=510，葉輪葉片數(shù)為4，出口導(dǎo)葉葉片數(shù)為7.彎管進(jìn)口方案(以下簡稱方案1)與直管進(jìn)口方案(以下簡稱方案2)的計(jì)算域模型分別如圖1，2所示。

圖1 方案1模型圖

圖2 方案2模型圖

　　數(shù)值分析包括定常與非定常計(jì)算，定常數(shù)值計(jì)算主要對(duì)水力模型的常規(guī)水力性能進(jìn)行分析，分別對(duì)2個(gè)方案模型在0.4，0.6，0.8，1.0和1.2倍設(shè)計(jì)流量下的流場(chǎng)情況進(jìn)行計(jì)算，并將分析結(jié)果與水力模型的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.通過非定常數(shù)值計(jì)算以獲得方案1，2中葉輪的動(dòng)態(tài)徑向力特性，并對(duì)彎管進(jìn)口對(duì)于葉輪徑向力特性的影響進(jìn)行分析.

結(jié)論

　　1)方案1中非均勻進(jìn)口流場(chǎng)對(duì)于混流泵水力性能的影響很小，其水力性能曲線與采用直管進(jìn)口的方案1十分接近，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以忽略該彎管對(duì)水力模型性能的影響.

　　2)方案1中混流泵葉輪產(chǎn)生較大的徑向力定常分量，葉輪動(dòng)態(tài)徑向力的葉頻分量顯著增大，而動(dòng)靜干擾導(dǎo)致的高頻徑向力系數(shù)幅值則基本不變，動(dòng)靜干擾對(duì)于葉輪葉片的影響基本局限在出口流場(chǎng)，而進(jìn)口流場(chǎng)的變化很難對(duì)動(dòng)靜干擾導(dǎo)致的高頻徑向力部分產(chǎn)生影響.