為了解流動(dòng)參數(shù)對(duì)混輸泵內(nèi)氣液相間作用特性的影響,針對(duì)不同進(jìn)口含氣率（3%、9%、15%）、不同流量（0.75Q_d、Q_d、1.25Q_d）和不同進(jìn)口氣泡直徑（0.1 mm、0.4 mm、0.7 mm、1.0 mm）條件,利用ANSYS CFX對(duì)一葉片式氣液混輸泵進(jìn)行了全流道數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果表明:不同進(jìn)口含氣率下,泵內(nèi)氣液相間作用力中均是阻力起主導(dǎo)作用,湍流彌散力大小可忽略;隨進(jìn)口含氣率增加,各相間作用力逐漸增大,且葉輪內(nèi)相間作用力的增大幅度大于導(dǎo)葉。當(dāng)Q=0.75Q_d時(shí),葉輪進(jìn)口處阻力、附加質(zhì)量力、升力以及葉輪內(nèi)阻力均出現(xiàn)了明顯增大。同時(shí),進(jìn)口氣泡直徑增加,葉輪內(nèi)阻力、附加質(zhì)量力和升力均增大,而導(dǎo)葉內(nèi)相間作用力的變化相對(duì)較小。 

【文章來(lái)源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(08)北大核心EICSCD

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圖２葉輪和導(dǎo)葉網(wǎng)格??Ｆｉｇ．?２?Ｍｅｓｈ?ｆｏｒ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ?ａｎｄ?ｇｕｉｄｅ?ｖａｎｅ??

１９１２??工程熱物理學(xué)報(bào)??４１卷??輸泵內(nèi)氣液相間作用一直是研究的難點(diǎn)，相關(guān)研究??相對(duì)較少，文獻(xiàn)［７］？［９］雖然對(duì)該類泵內(nèi)氣液相間??作用力的量級(jí)及變化規(guī)律進(jìn)行了初步計(jì)算分析，但??相關(guān)研究仍有待進(jìn)一步深入研究。??本研究基于歐拉雙流體模型，利用ＡＮＳＹＳ?ＣＦＸ??軟件對(duì)一氣液混輸泵內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行了全流道數(shù)值模擬，??探討了進(jìn)口含氣率、流量、進(jìn)口氣泡直徑等參數(shù)對(duì)泵??內(nèi)氣液相間力的影響，進(jìn)一步了解了葉片式混輸泵??內(nèi)氣液相間作用特性。??１研究對(duì)象??圖１是氣液混輸泵的試驗(yàn)泵模型，包括進(jìn)出口管??道、葉輪和導(dǎo)葉四部分。該泵的設(shè)計(jì)流量為５０?ｍ３／ｈ、??設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速２９５０?ｒ／ｍｉｎ、設(shè)計(jì)揚(yáng)程１５?ｍ、葉輪和導(dǎo)葉??葉片數(shù)分別為４和１１．為了便于高速攝影機(jī)觀察泵??內(nèi)氣泡的運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律，葉輪和導(dǎo)葉的外殼均用??透明的有機(jī)玻璃加工而成。??阻力通常被認(rèn)為最重要的氣液相間作用力，計(jì)??算表達(dá)式為：??？Ｆｂ．ｉ?＝—辦名＝｜ｙｇ?—?Ｖｉ｜?（Ｖｇ?－?Ｔ４）?（３）??其中，是氣泡直徑；ＣＤ為阻力系數(shù)，其通常是決??定阻力模型精度的關(guān)鍵。由于目前被廣泛用于混輸??泵的Ｓｃｈｉｌｌｅｒ?Ｎａｕｍａｎｎ模型和定常阻力系數(shù)模型對(duì)??于較大進(jìn)口含氣率工況預(yù)測(cè)不夠精確，因此對(duì)阻力??模型系數(shù)進(jìn)行了修正，修正后的阻力模型系數(shù)為：??／?２４?（１?＋?０．１ｉ？ｅｇ－７５）／ｉ？ｅｂ，?＼??＾Ｄ－ｍ?￣?ｎｉａｘ?Ｑ?／??Ｉ?（４）??、＃ｂ＾／（Ｐｉ－Ｐｇ）分／。（１—〇ｇ）?〇?’５?乂??附加質(zhì)量力、升力和湍流彌散力的計(jì)算表達(dá)式??如式（５）？（７），其中，ＣＡ、Ｃｔ、ＣＴ分別為各相間作用?

結(jié)轉(zhuǎn)子法。在數(shù)值求解方面，??對(duì)流項(xiàng)和湍動(dòng)能相均采用二階迎風(fēng)格式求解，收斂??殘差為ｌｘｌＯ－４。??３結(jié)果與討論??３．１計(jì)算模型驗(yàn)證??關(guān)于本文采用的數(shù)值計(jì)算模型的可靠性已在??文獻(xiàn)［１３］進(jìn)行了詳細(xì)介紹。通過(guò)與試驗(yàn)工況對(duì)??比，純水設(shè)計(jì)工況數(shù)值計(jì)算的效率和揚(yáng)程相對(duì)誤??差分別為０．９４％和２．９７％。當(dāng)進(jìn)口含氣率分別為??３％、９％、１５％和２１％時(shí)，數(shù)值計(jì)算得到的栗揚(yáng)程??相對(duì)誤差分別為３．００％、２．０７％、３．３０％和１．５７％。??３．２進(jìn)□含氣率的影響??圖３是當(dāng)進(jìn)口含氣率分別為３％、９％、１５％時(shí)，??葉輪和導(dǎo)葉流道內(nèi)阻力、附加質(zhì)量力、升力和湍流??彌散力沿著流動(dòng)方向的變化對(duì)比。由圖３可知，整??體上，葉輪和導(dǎo)葉流道內(nèi)四種氣液相間作用力的大??小順序分別為阻力、升力／附加質(zhì)量力、湍流彌散力，??且湍流彌散力的大小與其余三種力相比可以忽略。??同時(shí)，在葉輪進(jìn)口及出口處的阻力、升力和附加質(zhì)??量力均出現(xiàn)了明顯地突然增大現(xiàn)象。??隨著進(jìn)口含氣率的增加，葉輪和導(dǎo)葉流道內(nèi)各??相間作用力均逐漸增大，這是因?yàn)橛勺枇�、附加質(zhì)??量力和升力的計(jì)算表達(dá)式（３）、（５）、（６）可知，含氣??率是影響相間作用力大小的因素之一，且與其成正??相關(guān)關(guān)系。隨著進(jìn)口含氣率的增加，氣體在葉輪和??導(dǎo)葉流道內(nèi)的聚集程度逐漸增大（如圖４），阻塞了??流道，減小了過(guò)流面積，進(jìn)而使流道內(nèi)的氣液流動(dòng)??變得更加紊亂，相間作用增強(qiáng)。??３．３流量的影響??通過(guò)３．２節(jié)分析，湍流彌散力的大小相對(duì)其余三??軸面相對(duì)距離ｚ／／??（ｄ）湍流彌散力??圖３不同進(jìn)口含氣率下葉輪和導(dǎo)葉流道內(nèi)相間作用力對(duì)比??Ｆｉｇ．?３?Ｉｎｔ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]葉頂間隙對(duì)低比轉(zhuǎn)速混流泵性能及內(nèi)部流場(chǎng)影響的數(shù)值研究[J]. 張文武,余志毅,祝寶山,楊策.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2017(22)
[2]螺旋軸流泵內(nèi)氣液兩相流型可視化研究[J]. 張金亞,蔡淑杰,朱宏武,強(qiáng)睿.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2015(09)



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