离心泵叶片参数对磨损规律影响的试验研究

双吸式离心泵叶片吸力面泥沙磨损破坏规律与形成机制研究张映波;赵子龙;钱忠东
【期刊名称】《农业机械学报》
【年(卷),期】2024(55)2
【摘要】离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。

采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。

研究发现:叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。

源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。

本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。

【总页数】6页(P202-207)
【作者】张映波;赵子龙;钱忠东
【作者单位】武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TH311;TV136.2
【相关文献】
1.单级双吸式离心泵叶轮叶片磨损失效分析
2.双吸式离心泵叶片头部形状对泥沙磨损的影响
3.双吸离心泵压力面出口泥沙磨损数值模拟分析
4.叶片出口角对双吸式离心泵泥沙磨损的影响
5.叶轮形式对双吸式离心泵叶片泥沙磨损的影响分析
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第２４卷第４期２０１３年１２月中国计量学院学报Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ＭｅｔｒｏｌｏｇｙＶｏｌ．２４Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０１３ 【文章编号】　１００４－１５４０（２０１３）０４－０３９３－０５【收稿日期】　２０１３－０９－０６ 《中国计量学院学报》网址：ｚｇｊｌ．ｃｂｐｔ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ【基金项目】　浙江省重大科技专项重点工业项目（Ｎｏ．２０１２Ｃ１１０１５－３）．【作者简介】　许　骁（１９９０－），男，安徽省宣城人，硕士研究生，主要研究方向为双吸离心泵数值模拟与实验等．Ｅ－ｍａｉｌ：５４１０１２１８４＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯联系人：包福兵，男，副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｏｂａｏ＠ｃｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ叶片切割对双吸离心泵性能影响的数值研究许　骁１，包福兵１，张　凯１，狄辉彬２（１．中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州３１００１８；２．浙江飞旋泵业有限公司，浙江温岭３１７５０２）【摘　要】　采用商业软件Ｃｒｅｏ进行双吸中开离心泵三维造型，采用ＩＣＥＭ软件划分网格，在ＦＬＵＥＮＴ软件中采用ＲＮＧｋ－ε湍流模型进行三维数值模拟，通过与实验所得的性能曲线对比，验证了数值模拟方法的可靠性．文中对叶片出口处进行三角形切割，得到不同切割量下泵的扬程与效率曲线，所得结果对实际生产中叶片切割量有较好的指导意义．【关键词】　双吸离心泵；叶片切割；三维数值模拟【中图分类号】　ＴＨ３１１ 【文献标志码】　ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｂｌａｄｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｏｎ　ｄｏｕｂｌｅ－ｓｕｃｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐｓＸｕ　Ｘｉａｏ１，Ｂａｏ　Ｆｕｂｉｎｇ１，Ｚｈａｎｇ　Ｋａｉ　１，Ｄｉ　Ｈｕｉｂｉｎ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｊｉｌｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｆａｓｈｉｏｎ　Ｐｕｍｐ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｗｅｎｌｉｎｇ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３１７５０２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　３Ｄｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ－ｓｕｃｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐｓ　ｗａｓ　ｂｕｉｌｔ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｃｒｅｏ．ＩＣＥＭｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｇｅｎｅｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｇｒｉｄ　ａｎｄ　ＦＬＵＥＮＴ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｔｈｅｐｕｍｐ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ　ｋ－εｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｅｒｅ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｐｕｍｐ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ　ｃｕｔｔｉｎｇｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｌｅｔ　ｂｌａｄｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｅａｄ　ａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｕｒｖｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｉｚｅｓ　ｗｅｒｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｕｓｅｆｕｌｇｕｉｄａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｉｚｅ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ－ｓｕｃｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ；ｂｌａｄｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ；３Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 水泵是一种量大面广的通用机械产品［１］．双吸离心泵是泵类产品中数量最多，用途最广泛的产品之一．叶轮是双吸泵一个十分重要的过流部件，叶片的形状对双吸泵性能有很大影响，实际生产应用中经常会通过切割叶片来改变泵的流量、扬程和效率曲线［２］，工程上常使用三角切割叶片来调整双吸泵的外特性曲线．以往研究表明，消除离心泵特性曲线的驼峰，一方面可以通过改变叶轮的几何参数，加大理论扬程曲线的倾斜程度；另一方面可以通过降低小流量工况下的沿程摩擦损失和冲击损失，提高关死点扬程［３－４］．杨琳［５］探索出一种新的较准确的叶轮切割计算方法，以减小叶轮切割的误差．２００９年谈明高等人［６］采用ＦＬＵＥＮＴ对６台离心泵在不同叶轮外径下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟，并分析了叶轮外径变化对泵内部流场的影响．范朝朴［７］介绍了２种方法车削叶轮外径时，在改变泵性能上所产生的差别，通过分析解释了产生这种差别的原因，并提出了改进切削叶轮外径的方法．２０１０年牟介刚［８］等提出三角切割叶片出口边消除性能曲线驼峰的方法，以Ｙ８０－１００低比转速离心泵为研究对象，利用ＣＦＤ数值模拟和样机试验检测两种方法开展了相关研究．２０１２年宇晓明［９］等对叶轮和叶片２种切割方法下不同切割角度对离心泵外特性的影响进行了研究．朱波［１０］采用Ｐｒｏｅ建模，Ｇａｍｂｉｔ划分网格，ＦＬＵＥＮＴ对ＩＳ８０－５０－２５０型单级单吸清水离心泵内流场进行ＣＦＤ数值模拟，比较三角形切割、半圆形切割和斜切叶轮外径方法，对性能曲线的改善情况，并确定最佳切割尺寸．然而，之前的研究更多针对单吸离心泵，对市场上应用较为广泛的双吸泵的叶片切割情况研究较少，而且在研究过程中多采用Ｇａｍｂｉｔ软件来划分非结构网格，网格质量较差，并且计算量较大．本文采用ＩＣＥＭ软件划分网格，叶轮部分采用收敛性较好的六面体结构化网格，方便控制网格质量，在网格数较少的情况下得到较高的计算精度，所得结果对双吸泵的结构改进具有指导意义．１　计算模型１．１　几何模型本文以ＯＴＳ３００－７００Ａ型单级双吸离心泵为例开展研究，该型离心泵的几何结构参数见表１．为了与实验结果比较，压力监测点位置按照实验检测点设置，进口压力监测点设在泵入口向前２×Ｄｉｎ＝８００ｍｍ，出口压力监测点设在泵出口向后２×Ｄｏｕｔ＝８００ｍｍ，通过ＦＬＵＥＮＴ软件并行求解双吸泵全流场．根据双吸泵流动特点，建立与表１　ＯＴＳ３００－７００Ａ型双吸泵几何参数Ｔａｂｌｅ　１　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ＯＴＳ３００－７００ｄｏｕｂｌｅ－ｓｕｃｔｉｏｎ　ｐｕｍｐ设计参数参数值流量Ｑ／（ｍ３·ｈ－１）１　８３６扬程Ｈ／ｍ　１６０转速ｎ／（ｒ·ｍｉｎ－１）１　４５０叶片数Ｎｚ６叶轮入口直径Ｄ１／ｍｍ　３３４叶轮出口直径Ｄ２／ｍｍ　７１９叶轮出口宽度ｂ２／ｍｍ　３６蜗壳基圆直径Ｄ３／ｍｍ　７０５吸水室入口直径Ｄｉｎ／ｍｍ　３００蜗壳出口直径Ｄｏｕｔ／ｍｍ　４００叶轮同步转动的旋转坐标系，采用多参考坐标系（ＭＲＦ）模型计算，采用雷诺时均的Ｎ－Ｓ方程，并用考虑流动旋转ＲＮＧｋ－ε方程封闭［１１］，边界条件采用ｍａｓｓ－ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ进口，ｏｕｔｆｌｏｗ出口，采用ＳＩＭＰＬＥ算法［１２］求解得到不同流量工况下泵体内部流动情况．计算中用到的双吸泵的三维造型如图１．图１　双吸泵三维造型Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ－ｓｕｃｔｉｏｎ　ｐｕｍｐ１．２　网格划分采用ＡＮＳＹＳ　ＩＣＥＭ软件划分网格．网格雅可比系数在０．３５以上，最终网格数量为１７１万，网格细节如图２．４９３中　国　计　量　学　院　学　报第２４卷图２　蜗壳和叶轮网格Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｖｏｌｕｔｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｍｅｓｈ２　数值计算结果及分析２．１　原型泵计算结果及误差分析表２给出了计算扬程相对误差为０．４１％～１．７２％，效率相对误差为０．４６％～１．０１％，证明数值仿真结果是可靠的．表２　计算误差Ｔａｂｌｅ　２　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒ流量／（ｍ３·ｈ－１）８００　１　０００　１　４００　１　８３６　２　２００扬程相对误差／％０．９５　０．８３　１．００　１．７２　０．４１效率相对误差／％０．４６　０．６２　０．５１　０．７９　１．０１图３给出了数值计算的扬程、轴功率和效率与测试结果的对比图，图３（ａ）说明轴功率随着流量增大逐渐增大，流量增大，叶轮腔中单位时间流过的液体增多，电动机做功增大；图３（ｂ）说明扬程随着流量增大而降低，流量增大，液体的势能相对增大，在相同电机做功的情况下，根据伯努利方程，液体所具有的动能减小，扬程降低．在１　４００～１　８００ｍ３／ｈ区间有较大降幅．图３（ｃ）说明效率随着流量增大先增大，小流量时，电机做功大于液体需要的能量，叶轮进口处易产生空化，损失大量能量；大流量时，电机做功不能满足液体的需求，效率也会降低，在设计流量点时效率达到峰值，说明该泵的设计流量较合理．图３　扬程、轴功率和效率数值计算与测试结果的对比Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｈｅａｄ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｕｒｖｅｓｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ图４　叶片三角形切割示意图Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｏｆ　ｂｌａｄｅ２．２　叶片切割及计算结果切割叶片背面增大叶轮有效出口面积，叶轮５９３第４期许　骁，包福兵，等：叶片切割对双吸离心泵性能影响的数值研究出口速度随之降低，水力损失减小，使泵的性能曲线变得较为平坦．为了研究不同切割量下的流动特性，对该泵叶片出口处进行了三角形切割．图４中Ｂ是切割三角形出口边宽度．该泵原始叶片出口宽度为２０ｍｍ．本文分别对Ｂ＝８ｍｍ，１２ｍｍ，１６ｍｍ进行计算，比较不同切割量之间的扬程及效率曲线．图５给出了不同切割量下设计工况时叶片工作面和背面的静压分布云图．图６给出了不同切割量下设计工况时ｚ＝０平面静压云图．图５　不同切割量下设计工况时叶片静压云图Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｏｎｔｏｕｒｓ　ｏｎ　ｂｌａｄｅ　ａｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｉｏｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｉｚｅｓ 从图５中可以看出，Ｂ＝１６ｍｍ时叶片背面进口处压力梯度不规则，负压区面积较大；Ｂ＝８ｍｍ时稍好，Ｂ＝１２ｍｍ时压力梯度分布均匀，叶片背面进口处负压区面积很小．三种切割量工作面压力梯度均较为合理． 压力从叶轮入口处向出口处逐渐增大，梯度合理；Ｂ＝１２ｍｍ时叶轮出口的圆周上存在大面积的高压区；Ｂ＝１６ｍｍ和８ｍｍ时没有，Ｂ＝１６ｍｍ时叶片背面切割出后方的高压区面积大于Ｂ＝８ｍｍ时．图６　不同切割量下设计工况时ｚ＝０平面静压云图Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｏｎｔｏｕｒｓ　ｏｎ　ｚ＝０ｐｌａｎｅ　ａｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｉｏｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｉｚｅｓ 图７ａ给出了三种切割量下的扬程－流量曲线，Ｂ＝８ｍｍ时扬程曲线没有出现驼峰现象，曲线稳定下降．其他两种情况出现较为明显的驼峰，在Ｑ＝１　４００ｍ３／ｈ后扬程出现了较大的下降，不利于生产．图７ｂ给出了三种切割量下的效率－流量曲线，Ｂ＝８ｍｍ时各个工况点下的效率都要高于其他两种，Ｂ＝１６ｍｍ时当Ｑ＞１　８００ｍ３／ｈ时出现较大的效率降．小流量工况下扬程基本一致，图中可以看出在设计工况附近叶片出口边的局部变化对扬程和效率的影响较大，该泵的切割量在６９３中　国　计　量　学　院　学　报第２４卷Ｂ＝８ｍｍ时较为合理．图７　切割后的扬程和效率曲线Ｆｉｇｕｒｅ　７　Ｈｅａｄ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｃｕｒｖｅｓ　ａｆｔｅｒ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｒｃｕｔｔｉｎｇｓ３　结　语首先对ＯＴＳ３００－７００型双吸泵进行了数值模拟并与测试结果做对比，给出计算误差，证明数值方法的可靠性，然后对叶片进行三角形切割，研究不同切割量下的泵性能．１）叶片进行三角形切割后，扬程有所下降，切割量越大，扬程下降越多，但是切割量过大会造成扬程曲线出现驼峰现象，并且会出现局部高压，因此生产中应避免叶片切割过多．２）ＯＴＳ３００－７００切割量在Ｂ＝８ｍｍ时扬程曲线较为平坦，同时泵的运行效率也高于其他切割量，但是由于切割量较小，所以扬程也稍大于其他两种切割量，在生产中应根据需要选择合适的切割量．【参　考　文　献】［１］　关醒凡．现代泵理论与设计［Ｍ］．北京：中国宇航出版社，２０１１：２４．［２］　黄永谋．离心泵的节能措施与应用［Ｊ］．石油化工自动化，２０１１，４７（４）：７３－７５．Ｈｕａｎｇ　Ｙｏｎｇｍｅｉ．Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｅｔｒｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎ－ｄｕｓｔｒｙ，２０１１，４７（４）：７３－７５．［３］　Ｈｏｅｎｓｂｙ　Ｃ．ＣＦＤ－Ｄｒｉｖｉｎｇ　ｐｕｍｐ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒｗａｒｄ［Ｊ］．ＷｏｒｌｄＰｕｍｐｓ，２００２，４３１：１８－２２２．［４］　Ｄａｉ　Ｙａｎｄｅ．Ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｍａｒｋｅｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｍｏｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｐｒｅｓ－ｓｕｒｅ，２００１：３４－４８．［５］　杨　琳．离心泵叶轮切割计算公式的推导［Ｊ］．新疆农业大学学报，２００３，２６（１）：４．Ｙａｎｇ　Ｌｉｎ．Ｔｈｅ　ｄｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｄ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｆ　ｖａｎｅｗｈｅｅｌ ｓ　ｃｕｔ　ｏｆ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ａｇ－ｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００３，２６（１）：４．［６］　谈明高，刘厚林，王　勇，等．叶轮外径对离心泵内流影响的ＣＦＤ分析［Ｊ］．排灌机械，２００９，２７（５）：３１４－３１８．Ｔａｎ　Ｍｉｎｇｇａｏ，Ｌｉｕ　Ｈｏｕｌｉｎ，Ｗａｎｇ　Ｙｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ．ＣＦＤ　ａｎａｌｙ－ｓｉｓ　ｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｏｕｔｌｅｔ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｏｎ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｄｒａｉｎａｇｅ　ａｎｄ　Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００９，２７（５）：３１４－３１８．［７］　范朝朴，闫雪兰，马宏珍．车削叶轮方法对泵性能的影响［Ｊ］．通用机械，２００９，７：２６．Ｆａｎ　Ｃｈａｏｐｕ，Ｙａｎ　Ｘｕｅｌａｎ，Ｍａ　Ｈｏｎｇｚｈｅｎ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｕｍｐ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００９，７：２６．［８］　牟介刚，李　思，郑水华，等．离心泵叶片出口边三角切割方法的研究与探讨［Ｊ］．流体机械，２０１０，３８（２）：５－８．Ｍｕ　Ｊｉｅｇａｎｇ，Ｌｉ　Ｓｉ，Ｚｈｅｎｇ　Ｓｈｕｉｈｕａ，ｅｔ　ａｌ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｂｌａｄｅｏｕｔｌｅｔ　ｅｄｇｅ［Ｊ］．Ｆｌｕｉｄ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２０１０，３８（２）：５－８．［９］　宇晓明，顾伯勤，邵春雷．叶轮切割形式对中比转数离心泵性能的影响［Ｊ］．农业工程学报，２０１２，２８（２１）：２９－３６．Ｙｕ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ，Ｇｕ　Ｂｏｑｉｎ，Ｓｈａｏ　Ｃｈｕｎｌｅｉ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｉｍｐｅｌｌｅｒｃｕｔｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｍｉｄｄｌｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｐｅｅｄｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，２８（２１）：２９－３６．［１０］　朱　波．离心泵叶轮特殊切割方法的研究与探讨［Ｄ］．杭州：浙江工业大学，２０１２．Ｚｈｕ　Ｂｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈ－ｏｄｓ　ｏｆ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ［Ｄ］．Ｈａｎｇ－ｚｈｏｕ：Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２．［１１］　刘梅清，李秋玮，白耀华，等．湍流模型在双吸离心泵数值模拟中的适用性分析［Ｊ］．农业机械学报，２０１０（４１）：６－９．Ｌｉｕ　Ｍｅｉｑｉｎｇ，Ｌｉ　Ｑｉｕｗｅｉ，Ｂａｉ　Ｙａｏｈｕａ，ｅｔ　ａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆ　ｕｒｂｕｌｅｎｃｅ　ｍｏｄｅｌｓ　ｉｎ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ　ｓｕｃ－ｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉ－ｅｔｙ　ｆｏｒ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２０１０（４１）：６－９．［１２］　Ｐａｎｔａｎｋａｒ　Ｓ　Ｖ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　Ｆｌｕｉｄ　Ｆｌｏｗ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ，１９８０：１２６．７９３第４期许　骁，包福兵，等：叶片切割对双吸离心泵性能影响的数值研究。

离心泵叶片的参数化设计及其优化研究离心泵叶片的参数化设计及其优化研究一、引言离心泵作为一种常用的流体输送设备，广泛应用于各个领域，如农田灌溉、工业制造、城市供水等。

离心泵的性能直接影响到其输送效率和工作稳定性，而离心泵叶片作为重要组成部分之一，对泵的性能起着至关重要的作用。

因此，对离心泵叶片的参数化设计及其优化研究具有重要的理论价值和实践意义。

二、离心泵叶片的参数化设计方法离心泵叶片的参数化设计是指对离心泵叶片几何形状进行数学描述，并通过改变参数来控制叶片的形状。

常用的参数化设计方法包括几何参数法、本构参数法和控制点参数化法等。

1. 几何参数法几何参数法是基于对离心泵叶片的几何特征进行数学建模的方法。

通过定义一组几何参数，如叶片弯度、扭曲角度等，来描述叶片的形状和曲线特征。

然后，通过调整这些参数的取值，可以实现对叶片形状的控制和调整。

2. 本构参数法本构参数法是基于材料力学理论的方法，通过定义一组本构参数，如叶片的刚度、弹性系数等，来描述叶片的力学特性。

然后，通过调整这些参数的取值，可以实现对叶片的力学性能进行优化和调整。

3. 控制点参数化法控制点参数化法是一种基于控制点的方法，通过选择叶片上的关键控制点，并在这些控制点上定义参数，来描述叶片的形状。

然后，通过调整这些参数的取值，可以实现对叶片形状的调整和优化。

三、离心泵叶片参数化设计的优化研究方法离心泵叶片的参数化设计过程中，如何选择和调整参数的取值，以实现对叶片形状的优化和调整，是一项复杂而关键的研究内容。

1. 多目标优化方法离心泵叶片的参数化设计问题通常涉及到多个目标，如提高泵的输送效率、降低泵的能耗等。

为了解决多目标优化问题，可以采用多目标优化算法，如遗传算法、粒子群优化算法等，来搜索叶片参数空间中的最优解。

2. 响应面方法响应面方法是一种基于统计建模的方法，通过建立叶片形状与性能指标之间的关系模型，来预测叶片形状的最优取值。

通过对响应面模型进行插值和优化计算，可以实现对叶片形状的优化和调整。

离心风机叶片论文：离心风机叶片抗冲蚀磨损仿生研究【中文摘要】离心风机作为一种通用流体机械,广泛应用于电力、冶金、石化、煤炭和矿山等工业领域,是工业生产中提供气体动力的重要工艺设备。

其中很大一部分离心风机在含颗粒的气-固两相流体介质中工作,气流中的颗粒会与风机叶片表面发生碰撞产生冲蚀,导致叶片磨损失效。

目前提高离心风机叶片耐磨性的措施是对叶片表面进行适当的耐磨处理,或者采用耐磨性好的材料制作风机叶片。

仿生学是近年来发展很快的一门前沿科学,其应用成果已经涉及到很广泛的工程技术领域。

本文从仿生学的角度出发,寻求提高离心风机叶片抗冲蚀能力的方法。

本文选取典型沙漠生物──黄肥尾沙漠蝎子(Androctonus australis)作为生物原型,利用体视显微镜对沙漠蝎子的体表形态进行分析,利用逆向工程方法对沙漠蝎子背板的横向和纵向截面轮廓线进行分析。

总结出沙漠蝎子抗风沙冲蚀机理:沙漠蝎子体表抗冲蚀性能是其体表形态和柔性相互协调作用的结果。

基于这种机理,结合耦合仿生思想,建立了三种仿生模型:凸包表面单元仿生模型、凹槽表面单元仿生模型和耦合仿生模型。

本文对气-固两相流场中凹槽表面仿生试样、凸包表面仿生试样和光滑表面试样的冲蚀磨损情况进行了模拟。

利用FLUENT软件的离...【英文摘要】Centrifugal fans are widely used in various industries as a kind of turbomachinery. Most of the centrifugal fans are operating in dusty environments. The impingement ofparticles on the fan blade surfaces can cause erosion damage leading to the loss of blades aerodynamic performance and structural failure of the centrifugal fan. The methods currently used to protect the fan blades from erosion by using the wear resistance materials or developing effective surface treatment technology. Bionics is a frontier ...【关键词】离心风机叶片冲蚀磨损沙漠蝎子仿生数值模拟冲蚀试验【英文关键词】Centrifugal fan blade Erosion Desert scorpion Bionic Numerical simulation Erosion test 【目录】离心风机叶片抗冲蚀磨损仿生研究前言4-5摘要5-7Abstract7-8第1章绪论12-22 1.1 选题背景及意义12-13 1.2 功能仿生与耦合仿生13-16 1.2.1 功能仿生13-16 1.2.2 耦合仿生16 1.3 离心风机叶片冲蚀磨损研究进展16-20 1.3.1 离心风机叶片磨损现象16-17 1.3.2 离心风机叶片磨损机理17 1.3.3 离心风机叶片磨损研究现状17-19 1.3.4 离心风机叶片防磨措施19-20 1.4 主要研究内容20-22第2章沙漠蝎子(Androctonus australis)抗冲蚀机理与模型研究22-38 2.1 沙漠蝎子的生物学特性22-24 2.1.1 沙漠蝎子的外形结构23 2.1.2 沙漠蝎子表皮的组织结构23-24 2.1.3 沙漠蝎子的生活习性24 2.2 沙漠蝎子体表形态分析24-28 2.2.1 体视显微镜分析24-25 2.2.2 紫外光照射下体视显微镜分析25 2.2.3 试验结果及分析25-28 2.3 沙漠蝎子背面轮廓曲线分析28-35 2.3.1 试验仪器28 2.3.2 试样制备28-29 2.3.3 数据获取29 2.3.4 数据点云预处理29-30 2.3.5 沙漠蝎子背面轮廓曲线分析30-35 2.4 沙漠蝎子抗冲蚀机理与仿生建模35-37 2.4.1 沙漠蝎子抗冲蚀机理分析35 2.4.2 单元仿生模型35-36 2.4.3 耦合仿生模型36-37 2.5 本章小结37-38第3章仿生试样冲蚀磨损数值模拟38-58 3.1 气-固两相流求解方法38-41 3.1.1 基本控制方程与湍流模型38-40 3.1.2 基本方程的离散与求解40 3.1.3 离散相模型（DPM）40-41 3.2 冲蚀模型41-43 3.2.1 颗粒反弹模型41-42 3.2.2 冲蚀率计算模型42-43 3.3 仿生试样冲蚀磨损数值模拟43-46 3.3.1 计算方案43-46 3.3.2 建模及网格划分46 3.3.3 计算模型及边界条件46 3.4 模拟结果及分析46-53 3.4.1 冲蚀磨损模拟结果46-48 3.4.2 模拟结果分析48-53 3.4.3 仿生试样耐冲蚀机理53 3.5 颗粒粒径对仿生试样冲蚀磨损的影响53-54 3.6 入射速度对仿生试样冲蚀磨损的影响54-56 3.7 本章小结56-58第4章仿生试样冲蚀磨损试验58-70 4.1 试验设备及仪器58-59 4.1.1 冲蚀试验机58-59 4.1.2 其它仪器59 4.2 材料选择及试样制备59-60 4.2.1 试验用磨料59-60 4.2.2 冲蚀试样60 4.3 冲蚀磨损评价方法60 4.4 冲蚀试验60-64 4.4.1 试验方案60-61 4.4.2 试验过程61 4.4.3 稳态冲蚀率的确定61-62 4.4.4 冲蚀试验结果分析62-64 4.5 回归试验分析64-69 4.5.1 试验方案64-65 4.5.2 极差分析65-66 4.5.3 回归方程的建立66-68 4.5.4 回归试验结果分析和讨论68-69 4.6 本章小结69-70第5章离心风机叶片冲蚀磨损数值模拟70-80 5.1 4-72№10C离心风机70 5.2 离心风机气-固两相流场模拟70-74 5.2.1 离心风机建模70-73 5.2.2 网格划分73 5.2.3 计算模型及边界条件73-74 5.3 模拟结果及分析74-79 5.3.1 颗粒运动轨迹分析74-76 5.3.2 风机叶片冲蚀磨损分析76-78 5.3.3 模拟结果讨论78-79 5.4 本章小结79-80第6章总结与展望80-82 6.1 总结80-81 6.2 展望81-82参考文献82-88导师及作者简介88-90致谢90。

固液两相流离心泵叶轮磨损规律研究进展张寒洁，史宝成，吕义高，王　典，李经廷，覃　昊（长江大学石油工程学院，湖北武汉　４３０１００） 摘　要：叶轮是离心泵的核心部件之一，也是最易磨损的零部件。

本文在详细分析国内外两相流离心泵叶轮磨损规律方面的研究成果的基础上，探讨了叶片的磨损的影响因素及产生机理，为叶轮的优化设计提供参考意义。

关键词：固液两相流；离心泵；叶轮磨损规律 中图分类号：ＴＥ９７４＋．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１８）０１—００１０—０３ 叶轮是离心泵的核心部件之一，液体主要是从叶轮中获取能量的。

因此在设计叶轮时应考虑在流动损失最小的情况下，单位质量的液体可以获得较高的能头［１，２］。

然而过流部件特别是叶轮是最易磨损的零部件，所以在研究泵的性能时对叶轮的磨损规律分析必不可少。

在输送液体时，固体颗粒会不断的冲击叶片，随着长时间不间断的冲刷会对叶轮造成严重的磨损。

磨损较轻时，只会在叶轮工作面上出现沿流动方向的刮痕和细小麻点，随着程度的加深，叶轮表面会被固体颗粒不断打磨使其变得光滑，当磨损严重时，叶片的工作面与后盖板的相交棱角处有很深的条形沟纹，可以发现，磨损后的叶轮出口端面会变得非常薄，呈锯齿状形态，当磨损更为严重时可使材料（对于脆性材料，如铸铁）脱落崩坏。

当泵发生气蚀时，叶轮表面会受到电化学腐蚀和机械剥削的共同作用遭到破坏。

在发生气蚀的材料表面会出现沟槽状、海绵状和鱼鳞状等形式。

在气蚀发生较严重的地方，叶片和前后盖板会被蚀穿。

国内外很多学者针对离心泵的叶轮磨损进行了深入的研究，其目的是通过研究泵的磨损机理找出磨损规律，从而优化泵的结构延长泵的使用寿命。

他们大多数的研究方法都是对固体颗粒在叶轮中的运动轨迹进行理论和实验分析，再运用数值模拟来研究叶轮的磨损规律。

国外学者涉猎此项目较国内来说较早，早在２０世纪６０年代，国外通过高速摄影和图像处理的技术来研究固体颗粒在流道内的运动规律，取得了较大的成功，同时产生了一系列具有代表性的研究成果。

基于CFD-DEM的离心泵内部颗粒运动规律及磨损特性研究现代工业中，离心泵在液体输送和排放中起着至关重要的作用。

然而，由于颗粒杂质的存在，离心泵内部的颗粒运动对其性能和寿命产生了重要影响。

为了深入研究离心泵内部颗粒的运动规律以及磨损特性，本文将采用计算流体动力学-离散元耦合模拟（CFD-DEM）方法进行研究。

首先，我们需要对颗粒运动过程进行建模。

在离心泵中，液体和颗粒之间的相互作用非常复杂。

我们将颗粒视为离散元，并利用离散元方法描述其力学行为。

然后，我们使用计算流体动力学方法对离散元模拟进行耦合，以模拟液体与颗粒之间的相互作用。

通过CFD-DEM耦合模拟，我们可以获得泵内颗粒的速度、位移、应力等相关参数，进一步研究其运动规律。

其次，我们将重点研究离心泵内部颗粒磨损特性。

在泵运行过程中，由于颗粒与泵壁的摩擦和相互碰撞，颗粒和泵壁表面都会发生磨损。

我们可以利用CFD-DEM模拟结果，计算颗粒与泵壁之间的摩擦力和碰撞能量，并进一步分析颗粒磨损的机制和规律。

通过对比不同运行条件下的磨损情况，可以深入了解颗粒运动对泵性能和寿命的影响。

最后，我们可以根据CFD-DEM模拟结果，提出相应的优化策略，以改善离心泵的运行效果和延长其使用寿命。

例如，可以通过优化液体流动方式和调整泵壁材料来减小颗粒与泵壁的接触，从而减少磨损。

另外，可以通过调节泵的运行参数，如转速和进口流量，来改变颗粒的运动状态，防止颗粒在泵内聚集和堵塞。

综上所述，基于CFD-DEM方法对离心泵内部颗粒运动规律及磨损特性进行研究，有助于深入理解离心泵在实际工作中的性能和寿命问题。

通过优化设计和运行参数，可以提高离心泵的工作效率和可靠性，减少维护成本，并推动离心泵在各个领域的广泛应用。

未来的研究还可以进一步拓展到其他类型的泵，如离心风机和离心压缩机，以推动离心泵领域的技术发展综上所述，通过基于CFD-DEM方法对离心泵内部颗粒运动规律及磨损特性的研究，可以深入了解离心泵在实际运行中面临的性能和寿命问题。

叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能影响的研究叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能影响的研究引言：离心泵作为一种常见的水泵形式，在工程领域中广泛应用。

其水力性能直接影响到流体的输送效率和能耗。

在设计离心泵叶轮时，叶片的曲率半径是一个重要的参数，其大小和变化将对离心泵的工作性能产生影响。

因此，本研究旨在探究叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能的影响，为离心泵设计与优化提供有价值的参考。

一、叶片曲率半径的定义与作用叶片曲率半径是指离心泵叶轮切线处曲率半径的大小，通常由叶片弯曲的半径确定。

它直接决定了水在离心泵叶轮内部沿着叶片的流动路径和速度分布。

叶片曲率半径越小，水流在叶轮内部的流速越大，压力损失也相应增加。

在设计叶轮时，合理选择曲率半径，在保证一定强度和刚度的前提下，能够实现较小的能耗和较高的效率。

二、叶片曲率半径变化对水力性能的影响1. 流量特性方面离心泵的流量特性直接受到叶片曲率半径的影响。

当叶片曲率半径较大时，叶轮流道内的流道面积较大，流通能力强，可以实现较大的流量；而当叶片曲率半径较小时，流道面积较小，流通能力相对较弱，流量较小。

因此，通过调整叶片曲率半径，可以实现离心泵的流量特性匹配。

2. 转速特性方面叶片曲率半径对离心泵的转速特性也有显著影响。

当叶片曲率半径较大时，叶轮的转速特性较平缓，变化较小；而当叶片曲率半径较小时，叶轮的转速特性则更为急剧，变化幅度较大。

因此，在离心泵的设计中，需要综合考虑叶片曲率半径和叶轮的转速特性，以实现泵的稳定工作和高效运行。

3. 能效特性方面离心泵的能效特性是评价其性能优劣的重要指标。

叶片曲率半径的变化会直接影响到离心泵的能效特性。

一般来说，叶片曲率半径较大，叶片弯曲程度相对较小，水力损失较小，泵的效率相对较高；而叶片曲率半径较小，叶片弯曲程度较大，水力损失较大，泵的效率相对较低。

因此，在设计离心泵叶轮时，根据具体工况要求，选择合适的叶片曲率半径，以提高能效。