轴流泵出水管内部流动水力特性研究(3)

轴流泵出水管内部流动水力特性研究

相邻测点中点为分界点

如图3d所示,断面 轴向流速仍为左大右小,但与断面 相比,右侧下测线 z有所增大,增至019左右,上、中测线 z稍有减小,分别为0199vz0、0188vz0左右,上中下3条测线对应测点 z值相近。断面 z自左向右由大变小,除下测线局部区域外,近于线性变化。313　断面

如图3e所示,从断面 经过4D长直管的调整,断面 横向流速的径向分量进一步减小,旋转中心基本与几何中心重合。但周向流速分布仍不太均匀,中下部较小, c=0～0132,最大周向流速位于断面左上区域,丝线法观测最大液流偏角在断面正上方,其值为19°,圆周边壁平均液流角1119°,较断面 进一步减小

。

侧较小的边壁区域内, z仅为017左右。

试验还用丝线法观测了距出水弯管出口4D的(介于断面 、断面 ′ 中间)的圆周水流方向,最

大液流偏角位于断面右上方,其值为17°,周边平均液流角为1216°,介于断面 、 之间。对断面 、 、 流动分析,发现断面周边区域均符合沿水流逆时针旋转方向最大,周向流速区滞后于最小轴向流速区约45°的规律,这是由于水体有向低速区补充的趋势。

断面 正下方边壁区域(平均直径取为0195D)最大液流偏角水体沿其流向流过轴向距离nD后(n为管径的倍数),在断面内转过的圆心角为Χ=360°

0195ΠD

(2)=12016ntan

式中　Β ΒnD ) 、 ′、 最大液流角区域

nDtan

转过的圆心角,与实测结果相符。这表明出水管各断面最大周向流速方位和最小轴向流速方位按其流动方向沿流程呈螺旋线分布,沿程螺旋角逐渐减小。

弯管出流经2D、6D直管整流后,断面轴向流速分布仍很不均匀,但原来小区域的极低流速区流速逐渐增大,区域范围扩大。断面周边平均液流角和环量沿程逐渐衰减。经分析,出水管断面轴向流速不均匀是泵出流环量和出水弯管二次流共同作用的结果[2,7,8]。

试验结果表明,H=1190m工况水泵出水管断面横向流速分布与设计工况相似,但数值有所减小,各断面最大液流角位置转过的角度小于设计工况,即其螺旋流线的平均螺旋角较小,整个断面轴向流速分布均匀程度仍较差。

4　出水管水力损失特性

图3　设计工况出水管内部流速分布

Fig.3　Velocityprofilesinoutletpipesectionsofdesignoperatingduty

(a)断面 横向流速　(b)断面 轴向流速(c)断面 横向流速　(d)断面 轴向流速(e)断面 横向流速　(f)断面 轴向流速

如图3f,断面 轴向流速分布总体下大上小。下测线轴向流速左右对称分布;中测线左小右大;上测线 z总体较小且中部分布较均匀,最小值在左上

采用雷诺时均NS方程和RNGkΕ紊流模型,以进出口断面实测流场为边界条件,数值模拟单孔出水管内三维流动,计算水力损失。进口边界周向流速分别采用1、015、0125、01125和零倍实测值,得出一系列水力损失值。图4为出水流道水力损失hl与流道进口平均液流偏角Α。4的关系曲线

△、□为用五孔探针实测对应液流角时出水流道进、出口断面全压分布,积分得到断面平均能量计算的出水流道水力损失,实测值与计算值基本相符。