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螺旋流对环形射流泵性能影响的数值模拟

董景明 杜贞钰 陈晨 徐国立

董景明, 杜贞钰, 陈晨, 徐国立. 螺旋流对环形射流泵性能影响的数值模拟[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 530-537. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200639
引用本文: 董景明, 杜贞钰, 陈晨, 徐国立. 螺旋流对环形射流泵性能影响的数值模拟[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 530-537. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200639
DONG Jingming, DU Zhenyu, CHEN Chen, XU Guoli. Numerical Investigation on Influence of Spiral Flow on Performance of Annular Jet Pump[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 530-537. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200639
Citation: DONG Jingming, DU Zhenyu, CHEN Chen, XU Guoli. Numerical Investigation on Influence of Spiral Flow on Performance of Annular Jet Pump[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 530-537. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200639

螺旋流对环形射流泵性能影响的数值模拟

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200639
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51979022

详细信息
    作者简介:

    董景明(1983-), 副教授, 硕士生导师, 研究方向为船舶与海洋工程技术研究, dmudjm@dlmu.edu.cn

  • 中图分类号: TB752+.3

Numerical Investigation on Influence of Spiral Flow on Performance of Annular Jet Pump

  • 摘要: 为了提高环形射流泵的输送效率, 本文提出了一种利用导叶结构形成螺旋流的螺旋流环形射流泵。利用数值模拟的方法研究不同工作压力下的螺旋流环形射流泵和原型泵的速度、压力和湍动能分布计算结果, 来分析螺旋流对环形射流泵的性能影响。数值模拟结果表明: 在工作压力为130 kPa时, 螺旋流使环形射流泵的流量比增加了43.1%, 压力比降低了22.8%。螺旋流降低了环形射流泵喉管内的静压, 更容易引起空化。螺旋流使得环形射流泵的效率在工作压力低于160 kPa时大于原型泵。螺旋流环形射流泵内具有更大的湍动能分布区域。随着工作压力升高, 两种结构的环形射流泵湍动能分布差别减小。导叶阻力对螺旋流环形射流泵的效率有着重要的影响。
  • 图  1  螺旋流环形射流泵结构示意图

    图  2  导叶设计示意图

    图  3  网格划分

    图  4  原型泵监测点位置

    图  5  螺旋流环形射流泵与原型泵流量比对比

    图  6  螺旋流环形射流泵流量比增幅

    图  7  不同工作压力下螺旋流环形射流泵与原型泵的速度分布对比

    图  8  螺旋流环形射流泵的流线图

    图  9  螺旋流环形射流泵与原型泵压力比对比

    图  10  螺旋流环形射流泵压力比降幅

    图  11  不同工作压力下静压分布对比

    图  12  不同工作压力下轴线处压力系数分布

    图  13  螺旋流环形射流泵与原型泵效率对比

    图  14  螺旋流环形射流泵效率变化量

    图  15  不同工作压力下湍动能分布

    表  1  螺旋流环形射流泵结构参数

    结构 尺寸
    吸入管直径Ds/mm 32
    工作管直径Dp/mm 38.6
    喉管直径Dt/mm 24
    出口管直径Dd/mm 44.8
    收缩角α/(°) 40
    扩散角β/(°) 6
    导叶数S 4
    导叶角度γ/(°) 75
    导叶长度L/mm 100
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    表  2  网格无关性检验(点A)

    网格数 速度/(m·s-1) 误差/% 压力/Pa 误差/%
    966 516 1.693 039 - 74 918.3 -
    1 103 020 1.773 392 4.70 74 805.23 -0.150
    1 170 748 1.768 425 0.28 74 800.62 0.006
    1 262 636 1.762 468 0.33 74 789.33 0.015
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    表  3  网格无关性检验(点B)

    网格数 速度/(m·s-1) 误差/% 压力/Pa 误差/%
    966 516 4.778 689 - 103 594.3 -
    1 103 020 4.762 734 0.33 103 482.2 -0.100
    1 170 748 4.757 817 0.10 103 452.1 -0.030
    1 262 636 4.764 512 0.14 103 489.5 0.036
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    表  4  网格无关性检验(点C)

    网格数 速度/(m·s-1) 误差/% 压力/Pa 误差/%
    966 516 1.967 904 - 113 005.9 -
    1 103 020 1.969 599 0.086 113 018.8 0.011 4
    1 170 748 1.970 223 0.060 113 028.1 0.008 0
    1 262 636 1.971 177 0.048 113 038 0.008 7
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-04-30
  • 刊出日期:  2023-04-25

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