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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2021, Vol. 55 Issue (4): 742-749    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.04.017
机械与能源工程     
基于障碍物的轴流泵叶片空化控制
赵国寿1(),伍锐1,2,车邦祥3,曹琳琳1,*(),吴大转1,4
1. 浙江大学 化工机械研究所，浙江 杭州 310027
2. 上海船舶运输科学研究所，上海 200135
3. 北京航天器系统工程研究所，北京 100094
4. 浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310027
Blade cavitation control by obstacles in axial-flow pump
Guo-shou ZHAO1(),Rui WU1,2,Bang-xiang CHE3,Lin-lin CAO1,*(),Da-zhuan WU1,4
1. Institute of Process Equipment, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. Shanghai Ship and Shipping Research Institute, Shanghai 200135, China
3. Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China
4. State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
 全文: PDF(1631 KB)   HTML
摘要：

基于前期水翼云空化控制与轴流泵空化机理的研究成果，面向轴流泵叶片的空化控制，设计并列障碍物条放置于叶片吸力面特定位置. 采用数值模拟与水洞实验方法，研究障碍物的空化控制效果与机理. 结果表明，障碍物虽然对泵的水力效率造成一定影响，在设计点效率下降5.6%，但诱发的前部高压可以有效控制叶片前缘片状空化的产生与发展. 障碍物自身诱发了一定程度的剪切空化团，因与前缘空化产生机理与位置不同，剪切空化具备较强的抗扰动能力，能够有效抵抗来流干扰引起的空化不稳定性.
关键词： 轴流泵;  障碍物;  空化控制;  水洞试验    
Abstract:

A pair of parallel obstacle bars on the suction surface of pump blade was designed based on previous investigations on hydrofoil cavitation control and cavitation mechanism of this pump in order to control cavitation in an axial-flow pump. The cavitation experiments and numerical simulation were conducted to examine the control effects and reveal the control mechanism. Results show that the raised pressure around the leading edge by the obstacle can effectively depress blade cavitation generation and development although the hydraulic efficiency is inevitably affected and degrades 5.6% at the design point. The shear cavitation is triggered by the obstacles, which is more capable to resist the cavitation instabilities caused by inflow perturbations considering the generation mechanism and cavitation position.
Key words: axial-flow pump    obstacles    cavitation control    water tunnel experiment
收稿日期: 2020-04-28 出版日期: 2021-05-07
CLC:  TH 312  
基金资助: 喷水推进技术重点实验室基金资助项目（6142223180107）
通讯作者: 曹琳琳     E-mail: zgszju@zju.edu.cn;caolinlin@zju.edu.cn
作者简介: 赵国寿（1992—），男，博士生，从事空化机理与控制的研究. orcid.org/0000-0003-4056-0013. E-mail： zgszju@zju.edu.cn
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赵国寿
伍锐
车邦祥
曹琳琳
吴大转

引用本文:

赵国寿,伍锐,车邦祥,曹琳琳,吴大转. 基于障碍物的轴流泵叶片空化控制[J]. 浙江大学学报(工学版), 2021, 55(4): 742-749.

Guo-shou ZHAO,Rui WU,Bang-xiang CHE,Lin-lin CAO,Da-zhuan WU. Blade cavitation control by obstacles in axial-flow pump. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2021, 55(4): 742-749.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2021.04.017    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2021/V55/I4/742

参数 给定值
叶轮直径D/m 0.2
轮毂比 0.35
叶轮叶片数ZR 7
导叶叶片数ZS 11
叶顶间隙/mm 0.95
设计转速n/(r·min?1) 1 260
设计流量Q0/(m3·s?1) 0.108
设计扬程H/m 1.0
水密度ρ（105 Pa，25 °C）/( kg·m?3) 997
重力加速度g/(m·s?2) 9.81
水饱和蒸汽压pv（25 °C）/Pa 3 169
表 1  泵设计参数与运行参数
图 1  泵测试系统
图 2  障碍物布局与剖面图
图 3  障碍物叶轮实物图
图 4  全流场计算域
图 5  叶轮网格划分
图 6  y+分布
图 7  泵水力性能曲线
图 8  泵空化性能曲线
图 9  空化发展阶段Ⅰ的图像相位平均值和标准差
图 11  空化发展阶段Ⅲ的图像相位平均值和标准差
图 10  空化发展阶段Ⅱ的图像相位平均值和标准差
图 12  叶片载荷分布
图 13  叶片span面湍动能分布
图 14  叶片压力监测点
图 15  压力时域分布
图 16  压力频谱
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