气液两相流泵断气过渡过程数值模拟研究

仲高超， 邵春雷

(南京工业大学 机械与动力工程学院， 江苏 南京 211816)

离心泵广泛应用于石油、化工、矿业和农业以及船舶制造业等领域[1-2]。离心泵断气过程是一个复杂的瞬态过程，伴随着气体在短时间内的迅速减少的过程中，其扬程、流量、轴功率等外特性参数也随之发生变化，这个变化过程对泵系统的安全和稳定性的影响也很大。因此，研究断气下时泵内的流体流动情况，对提高泵的安全和稳定至关重要。

近年来，国内外学者对离心泵内的瞬态过程进行了大量的研究[3-5]。吴大转等[6-7]对在不同启动加速度和进口发生空化状态下的快速启动进行了大量的试验研究，发现快速启动过程中的空化会使得泵的性能急剧下降和扬程剧烈波动。Dazin等[8]对4种不同加速启动过程中的瞬态扬程进行了试验研究，发现在瞬态过程中瞬态效应除了与旋转加速度和流动加速度有关，还与泵内部的流场演化结构有关。张玉良等[9]对一台离心泵的不同工况点快速切换过程的瞬态特性进行了数值模拟研究。刘竹青等[10]采用CFX中SST-SAS模型对泵的启动进行了数值模拟，分析了不同启动历时对泵启动瞬态特性的影响，发现随着泵启动历时的减小，会在蜗壳隔舌处产生较大的低频压力脉动。王勇等[11]对一台超低比速离心泵的关阀启动瞬态特性进行了数值模拟，分析了3种不同启动加速度下瞬态和稳定的扬程，发现瞬态比稳态的扬程要高。Hu等[12]对离心泵启动过程的瞬态特性展开了研究，结果表明在叶轮出口压力侧最先出现漩涡，随着时间的推移，旋涡向叶轮中部流道移动，旋涡强度不断增加，当转速、流量等外特性参数到达稳定值时，漩涡强度又开始逐渐减弱。……