农业机械学报

作者：费照丹，徐辉，牟童，冯建刚，郑源，陈曜辉

单位：河海大学,河海大学,河海大学,河海大学,河海大学,河海大学,

关键词：斜式轴流泵;空化;能量性能;流动特性;计算流体力学

基金：江苏省自然科学基金项目(BK20241520)和江苏省创新支撑计划国际科技合作项目(BZ2023047)

叶顶间隙不可避免地存在于轴流泵的叶轮室内，其所诱导产生的叶顶间隙泄漏涡及其空化流动极易造成扬程效率等关键性能参数的降低，并伴随振动、噪声等不良现象的增强，严重影响轴流泵的安全稳定高效运行，甚至造成水泵装置的损坏。为了研究叶顶间隙对水泵装置空化流动特性的影响，基于计算流体力学采用SST-CC模型结合ZGB空化模型对某倾斜安装的轴流泵（斜式轴流泵）开展数值研究，叶顶间隙尺寸选取小（δ/R=0.0010）、中（δ/R=0.0033）、大（δ/R=0.0067）以及无叶顶间隙4个方案，分析空化与水泵能量性能的相互作用关系。结果表明：叶顶间隙可降低斜式轴流泵的能量性能，所产生的能量损失与叶顶间隙尺寸呈正相关。空化流态方面，小叶顶间隙方案与无叶顶间隙方案相差较小，空化形态主要呈现为叶面空化；但是在中、大叶顶间隙方案中可见明显的片状空化，其与叶面空化相融合，最终形成楔形空化区。通过叶轮吸力面的流态和边界涡量流分布得知，空化导致叶轮吸力面产生水流汇聚，随后流向叶顶区域并导致流动分离；流动分离与叶轮尾流相互作用，并最终形成叶道涡。这种现象随着叶顶间隙尺寸的产生与增加呈现出更明显、更高程度的趋势。此外，针对叶顶间隙区域的三维流态分析表明，空化区域与叶顶间隙泄漏流区域高度重合，即片状空化为叶顶间隙泄漏流挟带空化气泡所形成。通过熵产理论分析表明，空化工况下斜式轴流泵能量性能下降的主要因素为叶道涡和叶顶间隙泄漏涡，两种涡的强度、影响范围及其造成的能量损失随着叶顶间隙尺寸的增加而增加。

来源：2025年第4期

《农业机械学报》期刊编辑部

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