轴流泵马鞍区内流特性分析

王 勇，何乃昌，吴贤芳，刘厚林，张 雷

(1. 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，江苏 镇江 212013； 2. 江苏大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 212013； 3. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，郑州 450003)

0 引 言

轴流泵是一种低扬程泵，主要依靠叶轮的旋转对液体产生的作用力使液体沿轴线方向输送，广泛应用于南水北调、引嫩入白和三河三湖污染防治等国内重大水利工程，在农业灌溉排涝、水环境治理、城市供水工程和生态需水工程等方面也发挥着不可替代的作用[1]。

轴流泵在启动或停机过程中一般都会经过流量扬程曲线的马鞍区，此时泵会伴随有剧烈的振动噪声[2]。茅媛婷等[3]通过数值模拟和试验相结合的方法对轴流泵进行数值模拟，研究了马鞍区内泵的流动特性，发现马鞍形区存在于大约50%～65%的设计流量区域，通过CFD数值计算结果发现小流量工况下马鞍区存在的主要原因是泵内回流及涡的出现导致能量交换剧烈。程千等[4]基于SSTk-ε湍流模型和RANS方程研究了前置导叶对轴流泵小流量工况下马鞍区回流涡特性的影响，发现小流量工况下，大量螺旋形回流出现在进水流道，在剪切作用下与主流相互影响形成回流涡，引起泵内能量损失，导致泵的水力特性下降，此外泵内出现大量低频脉动。在前置导叶的作用下，回流涡被打破，低频压力脉动的幅值进而减小，因此可以提高泵的稳定性。郑源等[5]基于标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法，对轴流泵装置马鞍区的流动特性进行研究，发现泵装置马鞍区位于50%～65%最优工况范围内，小流量工况下，叶轮出口处存在大量的回流和旋涡，并伴随着激烈的能量交换，导致轴流泵装置出现马鞍区。……