為了研究高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵內(nèi)部流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)情況，采用大渦模擬方法對(duì)泵內(nèi)三維非定常湍流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分析得到了葉輪進(jìn)口、葉輪出口、導(dǎo)葉中間和導(dǎo)葉出口4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)的時(shí)域和頻域情況，探討了產(chǎn)生壓力脈動(dòng)的主要決定因素，同時(shí)也對(duì)不同流量下的壓力脈動(dòng)情況進(jìn)行了對(duì)比. 研究表明: 這4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)幅值從輪轂到輪緣均逐漸增大; 葉輪進(jìn)口截面壓力脈動(dòng)時(shí)域圖規(guī)律性不明顯，葉輪出口截面時(shí)域圖在整個(gè)周期內(nèi)呈現(xiàn)4個(gè)小周期，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率控制著葉輪進(jìn)出口的壓力脈動(dòng)，且其影響隨著流體遠(yuǎn)離葉輪而逐漸減弱; 在導(dǎo)葉中間截面和導(dǎo)葉出口截面，葉輪對(duì)流體壓力脈動(dòng)的影響逐漸減小，壓力脈動(dòng)以低頻振動(dòng)為主，脈動(dòng)幅值也大為減小; 在不同流量下的壓力脈動(dòng)表現(xiàn)為小流量下幅值較大以及流量對(duì)主要頻率影響較小，大流量工況下壓力脈動(dòng)情況要優(yōu)于小流量工況.

　　眾所周知，旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止導(dǎo)葉的非定常時(shí)序干擾、偏離最優(yōu)工況時(shí)葉片的出口回流、局部空化及氣蝕等因素，都會(huì)導(dǎo)致混流泵內(nèi)部流動(dòng)出現(xiàn)不連續(xù)性，進(jìn)而引起流場(chǎng)內(nèi)液體壓力隨時(shí)間快速地脈動(dòng)，即出現(xiàn)所謂的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象. 壓力脈動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致泵體振動(dòng)加劇，同時(shí)還可引發(fā)進(jìn)一步的局部空化，甚至在某些情況下會(huì)引起機(jī)器共振，產(chǎn)生危害. 因此，出于降低噪聲和提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的需要，研究泵內(nèi)部非定常流場(chǎng)壓力脈動(dòng)特性有著重要的意義.

　　國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)壓力脈動(dòng)進(jìn)行了相關(guān)研究. Solis等通過(guò)改變?nèi)~輪形狀和徑向尺寸，采用雷諾時(shí)均N - S 方程和SST k - w 兩相湍流模型進(jìn)行三維非定常湍流計(jì)算，以減小壓力脈動(dòng)對(duì)離心泵的影響.Berten 等通過(guò)CFD CFX10 技術(shù)和水下駐波試驗(yàn)，對(duì)多級(jí)離心泵內(nèi)動(dòng)靜干擾引起的三維非定常湍流進(jìn)行了計(jì)算，得出動(dòng)靜干擾誘發(fā)壓力脈動(dòng)的特點(diǎn).劉陽(yáng)等對(duì)離心泵壓力脈動(dòng)進(jìn)行了全面闡述，總結(jié)了3 種不同的壓力動(dòng). 施衛(wèi)東等對(duì)軸流泵全流場(chǎng)進(jìn)行三維非定常數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，得到軸流泵在不同工況和不同導(dǎo)葉數(shù)時(shí)內(nèi)部流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)特性. 但對(duì)于高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)情況還缺少相關(guān)研究.

　　文中在三維定常湍流計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)模型泵進(jìn)行全流道三維非定常大渦湍流模擬，從而預(yù)測(cè)葉輪進(jìn)口、葉輪出口、導(dǎo)葉中間和導(dǎo)葉出口4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)，并利用FFT 變換對(duì)各個(gè)計(jì)算點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討混流泵全流道內(nèi)壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的主要決定因素等，同時(shí)對(duì)不同流量下的壓力脈動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，為了解混流泵的內(nèi)部流動(dòng)提供重要理論依據(jù).

　　1、模型基本參數(shù)及計(jì)算區(qū)域

　　1.1、基本參數(shù)

　　高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵模型泵設(shè)計(jì)參數(shù): 流量Q =1 300 m3 /h; 揚(yáng)程H = 6 m; 轉(zhuǎn)速n = 1 450 r /min; 比轉(zhuǎn)數(shù)ns = 830.文中進(jìn)行數(shù)值模擬的模型泵的葉輪、導(dǎo)葉葉片數(shù)組合型式為4 + 7( 葉輪+ 導(dǎo)葉) .

　　1.2、計(jì)算區(qū)域

　　圖1 為模型泵的計(jì)算區(qū)域. 進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，把模型泵劃分為4 個(gè)計(jì)算區(qū)域，即喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉、彎管部分.

圖1 模型泵的計(jì)算區(qū)域

　　結(jié)論

　　1) 大渦模擬流動(dòng)理論準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了混流泵的外特性. 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，這說(shuō)明大渦模擬計(jì)算方法具有較高的精度，對(duì)研究壓力脈動(dòng)具有可行性.

　　2) 葉輪進(jìn)口、葉輪出口、導(dǎo)葉中間和導(dǎo)葉出口4 個(gè)截面的壓力脈動(dòng)幅值從輪轂到輪緣都是增大的，且輪緣處的幅值是輪轂處的2 倍以上. 因此，對(duì)葉輪輪緣等相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，是改善混流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)特性的重要途徑.

　　3) 在葉輪流道區(qū)域，壓力脈動(dòng)主要是由葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率決定，壓力脈動(dòng)的周期與葉輪的葉片數(shù)相關(guān)，導(dǎo)葉葉片數(shù)對(duì)其無(wú)明顯影響. 隨著流體不斷遠(yuǎn)離葉輪，葉輪對(duì)壓力脈動(dòng)的影響逐漸減小. 這說(shuō)明葉輪進(jìn)口處是影響整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵，在混流泵的設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視.

　　4) 偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，壓力脈動(dòng)明顯增大，且小流量工況下增幅大于大流量工況. 因此，混流泵應(yīng)盡量避免在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行.