设计工况下离心泵作透平的压力脉动特性的数值模拟研究

林 通， 谢 京， 谢仁华， 谢宝飞， 萧笃飞

(1.江西应用技术职业学院 机电工程学院， 江西 赣州 341000；2.浙江理工大学 流体传输系统技术国家地方联合实验室， 浙江 杭州 310018)

在石油化工、炼油、海水淡化等行业中存在大量高压流体通过减压阀减压到低压或者直接排放的现象，对生产成本及能源利用造成很大的浪费。离心泵作为一种常见的工业流体传输设备，具有结构紧凑、产品型号多、应用范围广等特点。在实际工业流程中，通常采用离心泵作透平的方式对这部分能量进行回收，其工作原理是高压流动介质从离心泵的出口进入蜗壳内，经过蜗壳扩压后，将其压力能转换为流动介质的动能从而驱动叶轮的旋转，最后，低压介质通过离心泵的吸水室流出，从而完成能量的回收功能。离心泵作透平时其压力脉动特性对于能量回收效率及透平系统的稳定性影响较大，如何保证在设计工况下泵作透平具有良好的压力脉动特性对于其实际应用具有重要的意义。

相比于试验模拟及理论研究，数值模拟因其快速准确、可视性好等特点成为了研究水利机械的压力脉动特性的重要手段，过去许多研究者通过数值模拟的方式并与试验结果进行对比，证实了数值模拟方法在研究水利机械压力脉动特性方面的有效性及准确性。YANG Sun-sheng等[1]采用标准的k-e模型研究了泵作透平在三种不同的间隙情况下蜗壳、叶轮流道、尾水管中的压力脉动情况，结果表明：叶轮和蜗壳的动静干涉导致蜗壳产生高频压力脉动、叶轮产生低频压力脉动，高频压力脉动通过流道传递到尾水管，随着叶轮与隔舌间隙增大，高频压力脉动降低，低频压力脉动基本不变。……