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不同叶型的半开式叶轮离心泵的数值模拟与试验研究
摘要
本文基于数值模拟和试验研究，分析了不同叶型的半开式叶轮离心泵的性能特点和工作原理。采用CFD软件对三种不同叶型的半开式叶轮离心泵进行数值模拟，通过比较不同叶型泵的流量、扬程和效率等参数，探究不同叶型泵的优劣势。同时，在实验室对三种不同叶型的半开式叶轮离心泵进行试验研究，并与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明，采用合适的叶型设计能够有效提高半开式叶轮离心泵的性能。
关键词：半开式叶轮离心泵；叶型设计；数值模拟；试验研究。
Abstract
Basedonnumericalsimulationandexperimentalresearch,thispaperanalyzestheperformancecharacteristicsandworkingprinciplesofsemi-openimpellercentrifugalpumpswithdifferentbladedesigns.Threedifferentbladedesignsofsemi-openimpellercentrifugalpumpswerenumericallysimulatedusingCFDsoftware,andtheflowrate,lift,efficiencyandotherparametersofthepumpswerecomparedtoexploretheadvantagesanddisadvantagesofdifferentbladedesigns.Atthesametime,thethreekindsofpumpswereexperimentallystudiedinthelaboratoryandcomparedandanalyzedwiththenumericalsimulationresults.Theresultsshowthattheappropriatebladedesigncaneffectivelyimprovetheperformanceofsemi-openimpellercentrifugalpumps.
Keywords:semi-openimpellercentrifugalpump,bladedesign,numericalsimulation,experimentalstudy.
1引言
半开式叶轮离心泵是一种常用的离心泵，其叶轮的开放性结构使其在输送含有杂质和颗粒的液体时具有良好的抗堵塞能力。同时，对于需要输送高粘度流体的场合，半开式叶轮离心泵也具有优秀的适应性。由于叶轮的叶型会直接影响泵的性能，因此合理优化叶型设计，可以进一步提高泵的效率和性能。
为了探究不同叶型对半开式叶轮离心泵工作性能的影响，本研究采用计算流体力学（CFD）软件对三种不同叶型的半开式叶轮离心泵进行数值模拟，并在实验室进行试验研究，对比分析不同叶型泵的流量、扬程和效率等参数。
2数值模拟
2.1模型建立
本文选取三种叶型设计的半开式叶轮离心泵进行数值模拟，分别为标准叶型、气动优化叶型和液压优化叶型。以标准叶型泵为例，其叶轮几何模型如图1所示。
（图1半开式叶轮离心泵标准叶型叶轮几何模型）
通过建立叶轮和泵壳的三维几何模型，以标准叶型叶轮的转速为3000rpm，来模拟不同叶型的半开式叶轮离心泵内部流场。
2.2数值计算
本文采用ANSYSFluent作为数值模拟软件，采用k-ε湍流模型进行计算。设定网格精度，进行网格划分和质量检查，网格细化和调整后，获得合适的模拟网格。在求解过程中，设定计算参数，如入口边界条件、出口边界条件和旋转边界条件等。通过对比分析不同叶型的泵的流量、扬程和效率等参数，评估不同叶型的半开式叶轮离心泵的性能。
3试验研究
3.1试验设备
本文在实验室搭建了适用于半开式叶轮离心泵试验的设备平台，其中包括泵体、叶轮、进出水管道、流量计和压力计等仪器设备。
（图2半开式叶轮离心泵试验设备平台）
3.2实验方法
本文采用标准配置的三个不同叶型的半开式叶轮离心泵进行试验研究。在实验室环境下，不同叶型泵的流量、扬程和效率等参数进行测试。与数值模拟结果进行对比分析，分析不同叶型泵的性能特点。
4结果与分析
针对三种不同叶型的半开式叶轮离心泵进行数值模拟和实验研究，得到如下结果：
（表1不同叶型泵的流量、扬程和效率等参数）
通过对比不同叶型泵的流量、扬程和效率等参数，可以得出以下结论：
1.标准叶型泵的流量和扬程较小，效率也较低；
2.气动优化叶型泵的流量和扬程较大，效率也相对较高；
3.液压优化叶型泵的流量和扬程均达到最大值，效率也较高。
由此可见，不同叶型会对半开式叶轮离心泵的性能产生较大影响，液压优化叶型可以有效提高半开式叶轮离心泵的性能。同时，本文所采用的数值模