轴伸式贯流泵装置全流场三维湍流数值模拟

　　0 前言

　　贯流泵装置具有水力损失小、装置效率高、水工建筑物简单、投资省和拆装检修方便等特点，已成为南水北调东线工程的主要泵型之一。中小型贯流泵装置由于流道较小，广泛采用轴伸式、斜轴式、潜水式。

　　轴伸式贯流泵装置的泵段卧式水平安装，电动机及齿轮箱均布置在流道外的厂房内，没有潜水式贯流泵装置要求很高的电动机密封和防水性能，也明显改善了斜轴式贯流泵装置斜轴安装所产生的转子受力和轴承负荷复杂的问题，而且贯流式泵装置比立式泵装置具有更好的双向运行功能，在要求具有排涝和调水双向运行的城镇防洪排涝、供水泵装置工程中，应用越来越广泛。

　　应用计算流体力学(C。mputationalfluiddynam-ics，cFD)方法研究内流结构，避免了测试研究时的测试点少、受泵复杂空间结构限制以及不能较全面获得流场结构的缺点，成为研究流体机械及工程内部流动问题的热点和有力工具。目前对泵的数值模拟研究多集中在离心泵方面[‘一2]，贯流泵的叶轮一导叶结构为卧式安装的轴流泵，对轴流泵的数值模拟研究不多，文献[3一1在没有安装泵的情况下，以假定的流道进口条件，分别对泵装置的进/出水流道进行了数值模拟研究;文献【5]在假定泵进口流速均匀、轴对称的情况下，进行了不同表面粗糙度的轴流泵内部流动数值模拟和性能预测。对贯流泵研究的历史较短，建成的贯流泵站少，对其理论、设计和装置性能的研究不多，尤其是对装置性能方面的研究相对较少，性能优良的水力模型不多，缺乏技术积累和实际运行经验，有关贯流泵和贯流泵装置的数值模拟研究更少。

　　泵在试验时的进口条件与泵装置进口流道的出口条件是不同的，由此会影响到泵的性能，使泵在泵装置条件下的性能与试验性能之间产生差异。泵装置流道数值模拟时假定的进口条件与泵出口的实际流动分布也是不同的，这也会影响泵装置流道内的流态分布。所以，对泵及流道分别数值模拟的结果并不能正确地反映泵装置全流道的流动结构特征。只有建立泵装置实际全流道(包括进/出口流道、泵段)实体模型，模拟泵站实际条件下的运行工况，进行数值模拟计算，才能得到比较符合实际的计算结果。本文应用三维湍流Navier一Stokes、助alizable两方程湍流模型、壁面函数方法及叶轮与导叶间的滑移网格技术，对轴伸式贯流泵装置双向运行的内部流动，进行了泵段、流道一体的实际运行条件下的数值模拟，并与试验性能进行了对比分析。

　　1 流道模型

　　1.1l流道

　　图1显示了流道模型的水平断面结构尺寸，图2a为泵装置流道的三维立体图。当右边的流道为进水流道时为排涝工况，反之为调水工况。