旋轉(zhuǎn)噴射泵（簡(jiǎn)稱旋噴泵），是一種小流量高揚(yáng)程低比轉(zhuǎn)速泵。該泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、性能平穩(wěn)、軸向力小、易于密封及系列化。如圖1所示，液體被吸入葉輪后進(jìn)入轉(zhuǎn)子腔，再由集流管將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為高壓能輸出。近年來國內(nèi)對(duì)旋噴泵的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用條件等方面進(jìn)行了研究，但在水力模型設(shè)計(jì)、內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律、性能曲線預(yù)測(cè)方法等方面，仍需要進(jìn)一步開展系統(tǒng)的研究工作。

本文采用相同的長(zhǎng)短復(fù)合S型葉片，按照單封閉式、半開式、雙半開式設(shè)計(jì)3種不同葉輪結(jié)構(gòu)的旋噴泵水力模型；運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)旋噴泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算、預(yù)測(cè)對(duì)比性能曲線，為旋噴泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

一、水力模型設(shè)計(jì)

在旋噴泵轉(zhuǎn)子腔中，本文采用6長(zhǎng)6短相同形狀的復(fù)合S型葉片（如圖2)，東莞南方水泵設(shè)計(jì)了以下3種不同葉輪結(jié)構(gòu)方案。

A——單封閉式葉輪：封閉式葉輪設(shè)在轉(zhuǎn)子腔進(jìn)水一側(cè)（圖3a)；

B——單半開式葉輪：半開式葉輪設(shè)在轉(zhuǎn)子腔進(jìn)水一側(cè)（圖3b)；

C——雙半開式葉輪：兩半開式葉輪分別設(shè)在轉(zhuǎn)子腔兩側(cè)（圖3c)。

二、數(shù)值計(jì)算方法

應(yīng)用Pro/E軟件分別對(duì)3種方案的進(jìn)水、轉(zhuǎn)子腔、集流管等流道部分建立幾何模型并組裝成整體，得到如圖4(a)所示的三維流動(dòng)計(jì)算域（以方案B為例）。選用四面體單元，應(yīng)用ICEM軟件對(duì)計(jì)算域生成計(jì)算網(wǎng)格，得到如圖4(b)所示的網(wǎng)格單元，總網(wǎng)格數(shù)和總節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為225139和47314。

使用ANSYS-CFX軟件模擬計(jì)算旋噴泵三維流動(dòng)，工作介質(zhì)為水，湍流模型選取標(biāo)準(zhǔn)k-s模型。轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域按FrozenRotor設(shè)置，轉(zhuǎn)速n=2900r/min。計(jì)算域進(jìn)、出口分別采用壓力及流量邊界條件，流量大小由泵工況決定。

三、廣東南方水泵分析計(jì)算結(jié)果

1、速度分布

3種水力模型流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果基本相似，下面僅以方案B為例說明。液體在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)隨腔體旋轉(zhuǎn)，沿腔體半徑方向流速逐漸增大，在集流管入口處附近流速急劇增大（如圖5)。由于集流管的滯流作用，流體進(jìn)入集流管入口處流速急速下降（如圖6)。

2、靜壓分布

從軸心沿半徑方向轉(zhuǎn)子腔內(nèi)靜壓值逐漸增大，集流管對(duì)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的壓力分布影響不大（圖7)。集流管內(nèi)在入口段壓力變化較大，經(jīng)歷了最低壓到髙壓的變化，體現(xiàn)了集流管入口的滯流增壓作用。另外，集流管入口彎管后端靜壓值有所降低，表明彎管處產(chǎn)生了一定的局部水力損失。

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