文摘

介绍了熵代理论探讨不同的汽蚀余量和叶尖间隙的大小对空化流动力和机械能量耗散轴流泵内直观和定量数值模拟。结果表明,泵的主要机械能量耗散聚集在叶轮和扩压器部分,和大多数是湍流耗散。与此同时,叶轮机械最大的地方泵汽蚀条件下的能量耗散,占50%以上。汽蚀余量对空化模式具有重要的影响,它反映了在球场上的地区附页空化和叶片叶尖泄漏涡空泡周围增加显然叶尖间隙下的汽蚀余量减少0.1%。汽蚀余量减少、高地区的湍流耗散叶轮主要沿叶片和下游移动,扩大跨度S0.98裹尸布附近有较大的湍流耗散。此外,高地区的湍流耗散主要分布在后面的一部分为每个对应的叶轮腔,这表明,湍流耗散与空化模式有很强的关系。叶轮,后方的不稳定流动引起空腔流叶片附近的空腔和后流动轨迹诱导高湍动能,最终导致更高的湍流耗散。在同样的汽蚀余量,叶尖泄漏涡空化和叶尖间隙空化针的尖端领域都与叶尖间隙扩大增加跨跨度从0.1%到0.8%。和高地区的湍流耗散也是分布式的后腔和下游沿叶片吸力面移动,特别是在跨越S0.98。因此,叶尖间隙宽度主要影响空化发展和附近的湍流耗散分布叶轮汽蚀余量下裹尸布一样的。

1。介绍

众所周知,轴流式泵广泛应用于水利工程项目,比如农业灌溉、供水和排水。在水力机械空化是一个重要的复杂的相变现象,这常常发生在局部压力低于液体蒸发压力。由于径向间隙的存在之间的叶片和叶轮的裹尸布,叶尖泄漏流将不可避免地发生并导致叶尖泄漏涡空化云空化条件下,最终使空化过程更加复杂。当汽蚀严重,它会影响流动结构和能量损失特点,最后导致振动,噪音,和水力机械性能的恶化1- - - - - -4]。

目前,两种常见的方法来研究水力机械空化动力学是通过实验和数值模拟。至于轴流式泵内部空化的研究,一些学者研究空化实验与数值模拟相结合。斋藤(5)调查了流型轴流式叶轮内空化条件下,发现泵性能的变化与空化增长有密切的关系。由于空化,在叶轮出口流动模式发生显著变化。张,陈6)调查了一个倾斜的轴向泵的内部流动数值模拟不同空化条件。研究了边界涡度通量诊断空化流,发现空化性能的降低有关系不稳定空泡流叶片的吸力边。细野豪志等人。7]研究了内部流和轴向泵内空化的影响通过高速摄像机测量和数值模拟。施等。8)研究不同叶尖几何图形对空化的影响和泄漏涡轴向泵。Zhang et al。9,10]调查内部流动CFD方法研究提示流泵的空化模式。他们发现叶尖泄漏涡的现象——(电磁阀)诱导定期崩溃的垂直轴流水泵的漩涡是普遍的。谭et al。11)应用高速成像调查某些形式的表空化和空化模式叶尖间隙空化在不同流量下泵。冯et al。12]研究了影响空化动力学和泵的入口导叶不同放电性能。他们发现一个名为蒸汽总分数的变量来预测重要的净正吸入压头。此外,许多学者(13- - - - - -22]进行研究叶尖泄漏涡,压力脉动,在水力机械空化机制字段和获得一定数量的成就,而对能量损失的研究在水力机械的特点,越来越多的学者使用熵产生方法探讨伴随着损失特性数值模拟。与传统能源评价方法相比,熵代分析方法可以直观地和定量地确定在水力机械机械能量耗散的位置;因此,这种方法目前应用的一些研究人员。龚et al。23]研究了水轮机的能量耗散熵代分析,他们发现跑步者和导叶主要是位置的能量损失。李等人。24,25]研究了磁滞特性使用熵代分析值模型的模拟。通过分析,他们发现驼峰的特点是运动员的能量耗散引起的。侯et al。26]介绍了熵产生理论在泵能量耗散进行调查。裴et al。27)进行能量耗散的研究应用熵代分析在不同泵导叶与叶轮之间的距离。Chang et al。28)应用熵生成方法研究叶片厚度分布对损失的影响小说自吸泵,并获得最佳的叶片。李等人。29日]介绍了熵代理论探讨对离心泵气蚀和损失的特点。从仿真结果时,他们发现的减少泵头与整体叶轮部分的熵产率的变化。王等人。30.应用熵产生诊断模型(三元乙丙)研究能量耗散泵空化条件下,他们证明了三元乙丙橡胶可以预测初始和空化的发展。一些研究[31日- - - - - -34]研究了基于熵代内流动和能量耗散理论在水力机械和得到一些结果。上述研究水力机械能量损失特点证明了熵代方法的有效性评估机械能耗散由于其直观、量化的优势。

上述研究是关于空泡动力学或损失的特点,液压机器使用熵代方法,尽管仍有一些研究空泡动力学之间的关系和熵产生轴流式泵,尤其是在不同的汽蚀余量和叶尖间隙。这项研究的重点是研究空泡动力学和熵代分析不同的轴流式泵汽蚀余量和叶尖间隙宽度之间的关系,发现空泡和熵产生。因此,四个相同的汽蚀余量叶尖间隙的0.1%跨度选择调查汽蚀余量对空化流和能量耗散的影响,而四个叶尖间隙宽度相同的空化条件选择调查的叶尖间隙对空化的影响模式和能量耗散。这是本研究如何组织。然后,我们总结一些结论对空泡动力学和轴流式泵的机械能量耗散。本研究终于可以提供一些理论指导在水力机械空化和能量耗散和提供参考设计高度可靠的泵。

2。实验装置和参数

如图1,关闭实验室实验回路安装在泵站在武汉大学,武汉,中国14]。实验装置主要由三部分组成:轴流式泵设备,空泡生成设备,以及数据采集系统。测试泵循环包括水箱、流量计、阀门、轴流泵,和其他相关设备显示在图2。实验模型的具体参数表1。空泡生成设备主要包含一个真空泵,压力罐和调节阀。在实验中,测试泵的入口压力是由真空泵通过调整调节阀需要不同程度的真空。数据采集系统由压力传感器、电磁流量计,速度扭矩计。电磁阀控制质量流率。和KROHNE电磁流量计测量质量流量(精度为0.3%)。而变频器控制水泵转速和转矩。和WDH300Z速度扭矩计测量这些参数(精度为0.2%)。WDHYL101压力传感器测量测试泵的进口和出口压力(精度为0.2%)。为了避免意外错误,重复测量每个执行的工作状态。 Comparing the results of 3, 5, and 10 times, it was found that the average values of five measurements were enough for this test. During the measurements, the uncertainties of mass flow rate, head, input power, and efficiency were less than 0.84%, 0.58%, 0.75%, and 1.01%, respectively.

3所示。物理模型和数值方法

3.1。控制方程、湍流模型和空化模型

空化流在等温条件下,均匀混合模型已应用于广泛的数值计算。均匀混合模型假定速度和压力之间的液相与气相连续的。控制方程的空化流动陪均匀混合模型包括连续性和动量方程,可以表示为: 在哪里是压力;是速度;表示混合相的密度,可以定义为方程(3);代表混合物层流粘性,可以计算方程(4);和表示混合湍流粘度,可以获得采用湍流模型。因为对海温 - - - - - - 湍流模型可以有效地预测流动分离和漩涡逆压力梯度在水力机械,解决了SST控制方程 - - - - - - 在当前研究湍流模型。 在哪里是蒸汽的体积分数;下标 , ,和分别表示混合、液体和蒸汽阶段。蒸汽输运方程可以解决水蒸气的体积分数方程是: 在哪里蒸发源项;冷凝源项。本研究采用Zwart-Gerber-Belamri空化模型来表达质量交换间期;因此,和可以被定义为: 在哪里和分别代表蒸发和冷凝的经验系数;表示饱和蒸汽压力;代表气泡半径;和代表了成核体积分数。参数的推荐值 。

3.2。熵代计算公式

在当前的研究中,熵代分析用于评估轴流泵内机械能耗散。根据热力学第二定律、熵代指的是不可逆的能量转换过程中的能量损失。关于泵的内部流体为不可压缩和绝热过程,熵代由传热可以被忽略。因此,机械能量耗散的流道内泵主要是粘性湍流耗散。和局部熵产生率对空化流引起的耗散是写成 ,可以直接定义为: 在哪里和代表时均运动引起的熵产生率和速度波动,分别。因此,和分别代表粘性和湍流耗散。这两个术语可以表达的: 在哪里 , ,和 , ,代表平均和脉动速度量 , , 方向,分别。表示有效粘度和可以被定义为: 在哪里和分别代表分子和湍流粘性。通过CFD的后处理,术语可以直接计算方程(10)。但是我们不能得到这个词直接原因是脉动速度模拟期间不可用。指考克等人的研究。35,36),当使用 - - - - - - 湍流模型,可以表达的: 在哪里 , 特征频率,是湍流动能。除此之外,一个地区的总体熵产生率计算的体积集成特定的熵产生率: 在哪里和代表时均运动造成的总体熵产生率和速度波动,分别。表示域的熵产生率,的总和和 。然后,关于熵的一代的参数可以计算泵的空化流动。熵代法的帮助下,我们可以定量分析的机械能量耗散。

3.3。计算域和网格技术

计算域是整个流道,包括叶轮、扩压器,和其他地方,看到从图3。进口和出口管道的长度设置为管道直径的10倍。只有部分叶轮旋转组件而其他人是静止的。滑动界面设置在叶轮部分的分割平面,如下列图所示。

为了有更好的收敛,结构化六面体网格方案适用于所有组件的计算域。大多数网格是由软件ANSYS ICEM除了叶轮部分的网格。考虑叶轮的叶片的高度扭曲的形状和小叶片之间的径向间隙和裹尸布,叶轮部分的网格是由软件ANSYS TURBOGRID,特别是对于O-Grid叶片。为了准确模拟提示区域,1.2毫米的叶尖间隙的大小放置80 -层网格网格的小费。对于其他提示许可,仿真模型使用一个统一的提示差距大小为1.2毫米。归纳和讨论结果,我们应该将叶尖间隙的大小转换成时间的一小部分。然后,0.15,0.45,0.9,和1.2毫米可以更改为0.1%,0.3%,0.6%,0.8%通过除以跨度的叶轮直径。获得的网状泵的主要部分是显示在图4。

整个计算域,四组创建网格,网格独立的验证进行特定的流量和空化条件下根据实验显示在表中2。汽蚀余量是一个重要的物理参数,描述了泵汽蚀条件下,可以计算: 在哪里表示绝对压力,代表平均速度在泵吸入口,代表了蒸汽压力。风场- - - - - -湍流模型是考虑网格独立研究。通过网格独立验证显示在表中2,我们认为5136088个节点的数量足以模拟空化流泵。

3.4。数值设置

在这个研究中,三维瞬态计算不同空化条件下的内部流动在一个轴流式泵进行应用软件ANSYS只陪跑的方程。在风场计算 - - - - - - 湍流模型和ZGB空化模型。采用有限体积法离散化控制方程。二阶逆风计划申请空间离散化。平流项,高分辨率与二阶向后欧拉算法应用方案。入口边界条件设置为总压强入口;出口边界条件设置为质量流率是根据测试数据。墙边界被认为无滑动墙。计算媒体在25°C,液体和蒸气和液体和蒸汽的体积分数是在泵吸入口设置为1和0。采用瞬时转子定子转子定子交互。模拟,noncavitation最先执行的稳定计算,然后,我们应用这些noncavitation流结果作为初始值来计算非定常空化条件下模拟。 The convergence criterion was set as 。非定常计算的时间步长设置为0.0003448276,相当于设计旋转周期的1/120。在每个时间步,最大数量的迭代通常被假定为20,可以帮助结果达到稳定的周期性。非定常计算的总计算时间设置为20旋转周期。进行分析,我们选择最后四个时期为时间样本。所有的结果,我们用于分析都是基于这个时间样本的平均结果。

3.5。验证数值模拟

表3显示了泵头之间的对比实验和数值模拟。显示在表3仿真数据在三个不同的汽蚀余量与测试数据有很好的一致性。和它们之间的相对误差低于5%。因此,我们认为该模型、网格和计算方法采用本研究是合理、可靠的。我们考虑模拟的结果可以用于以下分析。

4所示。结果与讨论

4.1。泵的性能分析和熵产生不同的汽蚀余量

在实验期间,很难保持流量不变,当我们改变由真空泵泵吸入口的压力;因此,上述仿真结果根据实验数据采用验证模拟的可靠性。下面的分析,我们使用相同的条件除了分析变量。探讨泵性能和熵代不同汽蚀余量,我们选择四个空泡点类似于实验空化条件( ),B ( ),C ( ),和D ( )在相同的流量( )和0.1%的叶尖间隙跨度进行详细分析。计算泵性能如图5。无量纲参数计算:

可以看到从图5,水泵扬程和汽蚀余量减少效率均降低,这意味着将会有更多的能量损失时,空化越来越严重。为了更好地理解能量耗散分布在不同的轴流式泵汽蚀余量,我们计算时均运动造成的总体熵产生率和速度波动不同的组件进行分析,数字显示6和7。从图6,时均运动引起的熵产生率不同的组件非常小和改变不明显不同的汽蚀余量。从图7,显然是看出整体熵产生率为不同的组件指南部分生长锥,进口管、排气管、60°弯头,出口锥,扩压器,叶轮部分。汽蚀余量减少,整体熵产生率部分叶轮和扩压器增加明显,而其他组件的值保持稳定和小。和整体的熵产生率为60°弯头和汽蚀余量减少出口锥管增加缓慢。在数据比较值6和7,我们发现大部分的不可逆的能量损失是湍流耗散;因此,我们将专注于分析湍流耗散。可以看到从图7,我们发现部分叶轮和扩压器是主要的地方发生不可逆的能量损失,叶轮和能量耗散的部分是扩散器部分的能量耗散的两倍多。在一个泵,叶轮账户部分的损耗超过50%,成为更大的空化是更糟。因此,汽蚀余量的湍流耗散部分叶轮具有重要的影响。

4.2。泵的性能分析和熵代不同的小费

泵运转时,叶尖间隙之间的叶片和叶轮的裹尸布是不可避免的。研究叶尖间隙宽度对泵性能的影响和熵的一代,我们选择四个叶尖间隙宽度相同的空泡( )进行以下分析。图8显示泵性能和四个提示许可在相同的空化条件下,我们可以观察到泵头和泵效率均降低,提示时间跨度的0.1%上升至0.8%。同时,最大和最小之间的差异小于6%,和之间的差异最大和最小泵效率约为1%。这表明随着技巧的增长从0.1%到0.8%跨在相同的空化条件下( ),泵的性能略有降低。

通过以上分析部分4.1,我们知道大多数的湍流耗散能量耗散,因此这里主要分析湍流熵代在这个泵。图9显示整体动荡的熵产生率不同的组件相同的空化条件下不同提示( )。从图9,很明显观察到为不同的组件指南部分生长锥,进口管、排气管、60°弯头,出口锥,扩压器,叶轮部分。随着的增加,叶轮部分的整体动荡的熵产生率减少一点然后慢慢增加,和值的变化并不大。而整体熵产生率部分的扩散器提示增加时降低非常缓慢。和其他组件的动荡的熵产生率仍然很小,在一个很小的范围内波动增加。从图9,我们发现部分叶轮和扩压器仍主要位置会发生不可逆的能量损失,叶轮的湍流耗散部分是扩散器部分耗散的两倍多。因此,叶轮仍然是最大的地方,发生不可逆的能量损失与不同的小费。和叶尖间隙有一个小对叶轮部分的湍流耗散的影响。

4.3。空化模式和熵代分布具有不同的汽蚀余量

当轴流式泵空化条件下操作,降低压力通常位于叶片的前缘吸力面附近部分叶轮的裹尸布;因此,空化通常发生在叶轮的叶片吸力面。与此同时,叶轮最大的能量耗散轴流式泵,湍流耗散和大多数是基于上面的分析。因此,我们在这里主要研究空化模式和详细的熵产生率分布部分叶轮。在空化研究汽蚀余量的影响模式和熵代分布,我们解决流量302.917公斤/ s和叶尖间隙至0.1%。图10显示了空化模式,iso-surface蒸汽体积分数( )不同叶轮的汽蚀余量。显示在图10空化主要包括附页空化、叶尖泄漏涡空化和叶尖间隙空化。其中,附气蚀对叶片的吸力,叶尖泄漏涡空化是由于压力之间的压差和吸入引起的叶片,和叶尖间隙空化是由提示角涡的小费。这些类型的空化也被验证应用PIV实验和模拟(18]。严重汽蚀条件下,不同类型的空化可以合并成一个大型空泡云,块流道叶轮部分中,最后降低泵的性能。可以看到从图10附件的红色区域空化和叶尖泄漏涡空化都大大增加,汽蚀余量减少从11.492米到5.83米。虽然叶尖间隙空化的红色区域连接在叶尖表面没有明显变化,这可能是由于0.1%的最小的叶尖间隙。汽蚀余量减少显示在图10从第一,附页空化延伸覆盖不到一半的叶片吸力面图10 ()几乎覆盖整个叶片吸力边在图10 (d)。同时,附页空化区域发展较厚,引起的堵塞叶轮与汽蚀余量减少的通道。从图10,叶尖泄漏涡空化与空化,泄漏涡空泡叶子的位置附近的叶片的裹尸布下游移动。因此,汽蚀余量对叶轮的汽蚀模式具有重要的影响。

研究空化发展之间的关系和能量耗散在叶轮不同汽蚀余量部分中,我们在这里画的轮廓蒸汽体积分数在不同跨度的叶轮部分如图11及其相应的湍流熵代轮廓分布在不同的跨越,如图12进行分析。跨度从中心到裹尸布是设置为0 ~ 1,和S0.98接近裹尸布。图11在不同跨度显示蒸汽体积分数(S0.2, S0.5 S0.8, S0.98)下的叶轮部分不同的汽蚀余量。可以看到从图11(a),腔的领域主要出现在叶片吸力面,S0.8和S0.98有大空腔区域。当汽蚀余量减少9.816,如图11(b),腔区域扩展沿叶片吸力面比图所示11(a)为每个相应的尤其是对跨S0.8 S0.98。当汽蚀余量进一步从9.816下降至5.83,从图的变化11(b)图11(d),腔区域增加显然对于每一个相应的跨越,这是类似于图的变化趋势10。因此,沿着叶片叶轮的空腔区域扩展更大的吸力面汽蚀余量减少。

图12显示分布的熵产生率部分叶轮在不同跨度(S0.2, S0.5、S0.8 S0.98)在不同的汽蚀余量。详细的熵产生率分布可以帮助我们确定位置和能量耗散的大小直观和定量。可以看到从图12(一)高的地区大部分叶片吸力面附近发生,S0.98有最大湍流耗散。通过比较图11与图12,我们观察到空化发展有很强的关系动荡的熵代叶轮部分的分布。的关系反映了在球场上的高地区动荡的熵代一般都集中在后面的空腔的一部分每个对应的叶轮。当汽蚀余量减少9.816显示在图12(b),湍流产生率的分布是相似的现象显示在图12(一),但高的地区在跨度S0.98扩展大于显示在图12(a)的汽蚀余量进一步减少7.562显示在图12(c),大的区域扩大大沿叶片吸力面为每个相应的跨度尤其是S0.98显示在图12(b),汽蚀余量降到5.83显示在图12(d),高的地区沿着叶片吸力面扩展得更远S0.98和其他相应的跨度。的分布大湍流耗散S0.98图所示12(d)变得更加混乱和移动更下游的叶轮,显示在图12(c),从上面的分析,我们可以得出结论,动荡的熵产生率部分的叶轮主要位于后部的空腔和扩大在叶片吸力面,S0.98有更高的这些空化条件下湍流耗散。和高地区的湍流耗散部分叶轮扩大沿叶片吸力面大,下游尤其是S0.98汽蚀余量减少。空化发展,空腔区域增加沿叶片吸力面尤其是跨度S0.8和S0.98汽蚀余量减少。至于空化之间的关系模式和湍流耗散,湍流耗散腔地区和高地区的同时增加尤其是附近的跨越与降低汽蚀余量的裹尸布。此外,高湍流耗散的地区主要发生在叶片的后腔的一部分,跟踪每一个对应的叶轮,这表明能量耗散是集中在后面部分的空腔和叶片的尾巴。研究高湍流耗散的原因聚集在这些地方,我们画出相应的湍流动能的轮廓不同跨度(S0.2, S0.5、S0.8 S0.98)叶轮部分显示在图中13来分析。通过湍流动能分布在图之间的比较13和湍流分布熵代图12,我们可以观察到大湍流动能的地区动荡的熵产生率也高。深入调查的原因大裹尸布附近的湍流动能,在这里,画上的速度矢量S0.98在不同叶尖间隙的汽蚀余量0.1%跨越如图14来分析。在图14有一个回流区,后部的空腔和一个后区叶片的尾巴,和下游回流区移动,扩大沿叶片的吸力面和汽蚀余量下降。当回流区域的厚度接近尾部的厚度的空腔,空腔小道将不再附着在叶片吸力面。当大规模的尾部的空腔流叶片的一部分,流的不稳定增长和高湍流动能产生。因此,造成的不稳定流动腔后脱落和后流生成的后部腔和尾部叶片的一部分,然后收集高湍流动能的这些领域,最终导致大湍流耗散。因此,湍流耗散与空化有密切的关系模式部分叶轮。和汽蚀余量空化发展有着极其重要的影响,湍流耗散特别是跨部分叶轮附近的裹尸布。

4.4。空化模式和熵代分布不同叶尖间隙

研究叶尖间隙对空化的影响模式和叶轮的熵代分布,我们解决汽蚀余量9.816米和302.917千克/秒流量。类似于上面的分析、空化模式的iso-surface蒸汽体积分数( )不同的叶轮叶尖间隙在图所示15。同时从图15空化主要包括附页空化,叶尖泄漏涡空化和叶尖间隙空化。提示的跨度从图从跨度的0.1%增加到了0.3%(15日)图15 (b),叶尖泄漏涡空化的红色区域和叶尖间隙空化附加在叶尖上增加明显相同 ,虽然附页的区域空化在叶片吸力面变化没有那么明显的提示时间跨度的0.1%上升至0.3%。与此同时,叶尖泄漏涡空化与空化,泄漏涡的位置空泡叶子从叶片吸力面附近的裹尸布移动下游的提示跨度从跨越0.1%增长到0.3%。与技巧增加进一步跨越跨度从0.3%到0.6%,叶尖泄漏涡空化区域变化从一个洞洞图15 (b)固体和较大的腔变稠接近叶轮的入口在图15 (c)。同时,叶尖泄漏涡空泡的位置分离的叶片吸力面附近的裹尸布和叶尖间隙变化不明显增长跨跨度从0.3%到0.6%。和地区的叶尖间隙空化附加在叶尖表面没有明显变化,提示跨度从0.3%到0.6%的增长。随着尖端跨越0.8%,叶尖泄漏涡空化区域更大的扩张,将更多的向叶轮入口如图15 (d)如图15 (c)。同时,叶尖泄漏涡的位置空化分离叶片和叶尖间隙空化区域没有明显变化,提示跨度从跨越0.6%增长到0.8%。总之,我们可以得出结论,提示差距改变提示间隙泄漏涡空化和空化的模式下同样的汽蚀余量。这表明叶尖间隙主要是对空化的影响模式接近叶轮在同样的裹尸布 。

像上面的分析中,我们在这里画的轮廓蒸汽体积分数和动荡的熵代不同跨度部分叶轮如图16和17调查提示宽度对空化发展的影响和能量耗散的叶轮。图16显示了蒸汽体积分数在不同的跨度(S0.2, S0.5 S0.8, S0.98)的叶轮在不同叶尖间隙下相同 。图16(a)和图都是一样的11(b)和腔领域主要发生在叶片吸力面尤其是跨越S0.8和S0.98。当跨度显示在图提示增加到0.3%16(b),区域跨度大S0.98扩展沿腔的叶片吸力面显示在图16(一个)。提示进一步增加从0.3%到0.8%跨变化从图16(b)图16(d),主要变化跨度S0.98腔区域,并且腔移动更向叶轮入口,在图与变异现象是一致的15。因此,叶尖间隙的增加主要变化在S0.98部分叶轮腔区域。图17显示动荡的熵产生率的分布部分叶轮在不同跨度(S0.2, S0.5、S0.8 S0.98)与不同的提示下 。图17(a)和图都是一样的12(b)和高的地区叶片吸力面附近,S0.98有较大的湍流耗散。通过比较图16与图17,我们还发现,高的地区动荡的熵产生率通常位于后部的叶轮腔对于每一个相应的部分。随着的增加从0.1%到0.3%跨相同的汽蚀余量,地区动荡的熵产生率高跨度S0.98移动更远的下游沿叶片吸力面,看到从图的变化17(一)图17(b)。当叶尖间隙跨度显示在图进一步增加到0.6%17(c),大的区域在跨度S0.98扩展和走向叶轮进口与图进行比较17(b)。随着叶尖间隙的增长到0.8%显示在图17(d),等领域的高有小变化对叶轮入口比较高的地区显示在图17(c),造成的不稳定流动腔脱落后的空腔和后流动轨迹的叶片诱导大湍流耗散S0.98部分叶轮。空化流动在我们目前的研究,我们得出结论,叶尖间隙主要是影响空化发展和湍流耗散分布在叶轮的裹尸布在同样的汽蚀余量。同时,湍流耗散与空穴有很强的关系模式为不同的提示部分叶轮内,这反映了在球场上,高湍流耗散通常位于腔的后部分每一个相应的跨度。

5。结论

在当前的研究中,不同的汽蚀余量和叶尖间隙宽度的影响在一个轴向泵空化模式和能量耗散与熵代调查应用数值模拟方法。通过计算整体熵产生率的不同部分,分析了空化模式和叶轮的熵代分布在不同的条件下,我们可以总结出以下的结论。(1)计算结果表明,泵的性能大大下降,汽蚀余量减少跨度相同提示大小的0.1%,这表明有更多的能量损失时,空化越严重。与提示从0.1%增长0.8%跨相同的空化条件下( ),泵的性能略有降低。同时,叶轮和扩压器主要是地方的熵产生不同的汽蚀余量和尖端宽度;叶轮部分组件与超过50%的损耗对整个泵。和大多数是湍流耗散。(2)汽蚀余量减少从11.492米到5.83米跨度的叶尖间隙下0.1%,附页的地区附近的空化和叶尖泄漏涡空化叶片都大大增加,显示在图10,而叶尖间隙空化区域的附加在叶尖表面没有显著变化。叶轮的空腔区域扩展沿着叶片吸力面尤其是大跨度S0.8和S0.98降低汽蚀余量的。汽蚀余量减少,高地区的耗散部分沿着叶片和叶轮扩大下游移动,S0.98有较大的湍流耗散在同样的叶尖间隙的0.1%。此外,大型湍流耗散的地区主要位于后方的一部分为每个对应的叶轮腔,这表明,湍流耗散叶轮与气蚀的关系模式的组成部分。造成的不稳定流动腔后方的脱落叶片附近的空腔和后流动诱导高湍流耗散的叶轮部分。因此,汽蚀余量的变化具有显著的对空化发展和湍流耗散的影响尤其是对叶轮附近的跨度的裹尸布。(3)与提示从0.1%增长0.8%跨在同样的汽蚀余量显示在图中15,叶尖泄漏涡空化和叶尖间隙空化在裹尸布沿叶片吸力面扩大。这表明叶尖间隙附近主要对空化的影响模式相同下的叶轮汽蚀余量的裹尸布。叶尖间隙的增加,高湍流耗散的区域主要分布在叶片吸力面和下游移动,S0.98跨度有较大的湍流耗散。同时,高湍流耗散的地区主要是发生在后面的一部分为每个相应的跨度部分叶轮腔。因此,叶尖间隙宽度主要影响空化发展和湍流耗散分布在叶轮的裹尸布在同样的汽蚀余量。

命名法

:	质量流率(公斤/ s)
:	叶轮直径(毫米)
:	头(m)
:	转速(转/分)
:	设计水头(m)
:	设计流量(千克/秒)
:	转矩( )
:	转子角速度(rad / s)
:	压力(Pa)
:	重力加速度(m / s2)
:	蒸汽压(Pa)
:	叶尖间隙宽度(毫米)
:	密度(公斤/米3)
:	蒸汽的体积分数
:	流量系数
:	头系数
:	泵效率(%)
:	特征频率
:	分子粘度
:	湍流粘度
:	湍流动能(m2 /年代2)
汽蚀余量:	净压头(m)
下标 , , :	液体混合物,蒸汽
:	速度分量沿 方向(米/秒)
:	意思是组件
:	波动的组件
勒:	前缘
TE:	后缘
PS:	压力面
SS:	吸力面
:	熵产生率引起的时均运动(Wm3K1)
:	熵产生率引起的速度波动(Wm3K1)
:	整体时均运动引起的熵产生率的地区(W / K)
:	整体熵率引起的速度波动的一个区域(W / K)
:	整体熵产生率的地区(W / K)。

数据可用性

所有生成的数据或分析在本研究中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

思敏沈(第一作者和通讯作者)负责概念化、资源、软件、方法、形式分析,调查,原创作品草稿,writing-review和编辑;为监督Bensheng黄(第二作者);如果黄(第三作者)监督和验证;和避开徐(第四作者)和Shufeng刘(第五作者)融资收购。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(国家自然科学基金委,批准号52109104)。