螺旋离心泵工作特性实验及叶轮内部流场的CFD数值模拟
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摘要
螺旋离心泵是将螺旋泵与离心泵融合为一体的一种新型杂质泵，其独特的结
构可以将两者的优势充分发挥。与传统杂质泵相比，螺旋离心泵具有一系列的优
点：螺旋离心泵可通性好、不易堵塞、过流部件磨损小，效率高、使用寿命长、
运行费用低、并且具有良好的可调节性。现在，螺旋离心泵已广泛用于输送水果、
蔬菜、绒状物、纸浆、污泥、活鱼、及其它高浓度浆液，成为一种理想的杂质泵。
但到目前为止，在螺旋离心泵的设计和特性研究方面，都远没有达到普通离
心泵那样的水平，在设计方面，国内主要还是采用设计普通离心泵的一元理论方
法。而在泵的外特性及内部流动研究方面，国内进行的研究更少，只有很少人做
过个别方面的研究，而用CFD方法对螺旋离心泵内部流场进行模拟，在国内还
没有见到相关文献，所以，对螺旋离心泵进行外特性实验研究及内部流场模拟，
探讨叶轮内部流动规律，总结出叶轮及泵体参数对该型泵性能的影响，为螺旋离
心泵设计提供参考并积累经验数据，有着重要的理论意义和实际应用价值。
本课题的主要工作有：
1、 参考国内外进行水泵特别是两相流水泵实验的实验装置建立了可以测量
螺旋离心泵能量及汽蚀性能的开式试验台。
2、 在开式台上对螺旋离心泵进行了能量及汽蚀性能试验，并分析了螺旋离
心泵的工作特性。
3、 对螺旋离心叶轮内部流场进行了数值模拟，探讨螺旋离心叶轮内部流动
规律。
4、 总结各种因素对螺旋离心叶轮工作性能的影响并提出改进设想。
Screw-centrifugal pump is a kind of new type liquid-solids handing pump whose unique impeller structure combines both the advantages of screw pump and centrifugal pump. Compared with traditional liquid-solids handing pumps, screw-centrifugal pump has a lot of virtues, such as clog-free performance, small abrasion, high efficient operation, longer life, lower operation cost and convenient adjustment. Now, screw-centrifugal pump has became a kind of ideal liquid-solids handling pumps and it has been used in transporting fruits, vegetables, fluffy materials, paper pulp, live fish and high density slurries, etc.
So far, the research about the screw-centrifugal pump is not at the same level as the design of conventional centrifugal pump no matter in theory or in practice. In national, people design the screw-centrifugal pump using ID theory as same as designing the common centrifugal pumps, and fewer research has been done in this kind pump's characteristic and inner flow. Thus, it is very significant to establish experimental bench and test the characteristic of the screw-centrifugal pump and model the inner flow condition of this kind of pump to find the factors affecting the pump's performance and supply reference for further search in the flow in this kind of pump and new method of design.
The main content of this paper is as follows:
1 , Establishing the screw-centrifugal experimental bench .
2, Testing the capacity performance and cavitation performance and analysing the reason of these performance.
3, Modeling the inner flow condition utilizing CFD of the screw-centrifugal pump and discussing the inner flow roles.
4, Summarizing the factors of affecting the performance of the screw-centrifugal pump and expounding some methods to improving this kind of pumps.
构可以将两者的优势充分发挥。与传统杂质泵相比，螺旋离心泵具有一系列的优
点：螺旋离心泵可通性好、不易堵塞、过流部件磨损小，效率高、使用寿命长、
运行费用低、并且具有良好的可调节性。现在，螺旋离心泵已广泛用于输送水果、
蔬菜、绒状物、纸浆、污泥、活鱼、及其它高浓度浆液，成为一种理想的杂质泵。
但到目前为止，在螺旋离心泵的设计和特性研究方面，都远没有达到普通离
心泵那样的水平，在设计方面，国内主要还是采用设计普通离心泵的一元理论方
法。而在泵的外特性及内部流动研究方面，国内进行的研究更少，只有很少人做
过个别方面的研究，而用CFD方法对螺旋离心泵内部流场进行模拟，在国内还
没有见到相关文献，所以，对螺旋离心泵进行外特性实验研究及内部流场模拟，
探讨叶轮内部流动规律，总结出叶轮及泵体参数对该型泵性能的影响，为螺旋离
心泵设计提供参考并积累经验数据，有着重要的理论意义和实际应用价值。
本课题的主要工作有：
1、 参考国内外进行水泵特别是两相流水泵实验的实验装置建立了可以测量
螺旋离心泵能量及汽蚀性能的开式试验台。
2、 在开式台上对螺旋离心泵进行了能量及汽蚀性能试验，并分析了螺旋离
心泵的工作特性。
3、 对螺旋离心叶轮内部流场进行了数值模拟，探讨螺旋离心叶轮内部流动
规律。
4、 总结各种因素对螺旋离心叶轮工作性能的影响并提出改进设想。
Screw-centrifugal pump is a kind of new type liquid-solids handing pump whose unique impeller structure combines both the advantages of screw pump and centrifugal pump. Compared with traditional liquid-solids handing pumps, screw-centrifugal pump has a lot of virtues, such as clog-free performance, small abrasion, high efficient operation, longer life, lower operation cost and convenient adjustment. Now, screw-centrifugal pump has became a kind of ideal liquid-solids handling pumps and it has been used in transporting fruits, vegetables, fluffy materials, paper pulp, live fish and high density slurries, etc.
So far, the research about the screw-centrifugal pump is not at the same level as the design of conventional centrifugal pump no matter in theory or in practice. In national, people design the screw-centrifugal pump using ID theory as same as designing the common centrifugal pumps, and fewer research has been done in this kind pump's characteristic and inner flow. Thus, it is very significant to establish experimental bench and test the characteristic of the screw-centrifugal pump and model the inner flow condition of this kind of pump to find the factors affecting the pump's performance and supply reference for further search in the flow in this kind of pump and new method of design.
The main content of this paper is as follows:
1 , Establishing the screw-centrifugal experimental bench .
2, Testing the capacity performance and cavitation performance and analysing the reason of these performance.
3, Modeling the inner flow condition utilizing CFD of the screw-centrifugal pump and discussing the inner flow roles.
4, Summarizing the factors of affecting the performance of the screw-centrifugal pump and expounding some methods to improving this kind of pumps.
引文
[1] [波]J．Remisz．渣浆泵的性能换算和设计，水泵技术，1985． (4) ：20-24-
[2] 丁成伟．离心泵与轴流泵原理与水力设计 北京：机械工业出版社， 1981
[3] 郭晓民，贾宗谟．渣浆泵设计方法的研究总结．流体机械，1996． (1) ：15-18
[4] 戎国平，施卫东．WF与WN型污水泵的水力设计．排灌机械，1999． (4) ：16-19
[5] 赵天成，郭自杰．固液两相流泵设计与实验研究．排灌机械．1997． (4) ：3-6
[6] 张玉新，曹鹍．低比转速离心式渣浆泵的无过载设计方法．流体机械，1999(4) ： 16-19
[7] 刘彦春．低比转速渣浆泵设计实践．水泵技术，1999． (5) ：7-10
[8] 蔡保元．离心泵的两相流理论及其设计原理．科学通报，1983． (8) ：498-502
[9] 蔡保元．按两相流设计的杂志泵的性能特点．水泵技术，1986(2) ：14-18
[10] 许洪元．离心式渣浆泵的设计理论研究与运用．水力发电学报，1998． (1) ：76-84
[11] 顾广运．按两相流理论研究渣浆泵的体会．水泵技术1989． (4) ：26-30 ‘
[12] 崔巍．固液两相流流动理论在渣浆泵改进设计中的应用．水泵技术 1994． (2)
[13] Aleksander S. Roudnev. Some aspects of slurry pump designs,1999． (2) : 58-61
[14] 秦爱义．正确设计杂质泵蜗壳隔舌提高水泵效率与性能．河北煤炭，2002． (2) ： 48-49
[15] Yoshiro Iwai, Kazuyuki Nambu, Slurry wear properties of pump lining materials. Wear 210(1997) : 211-219
[16] H.X.zhao et al. Slurry erosion properties of ceramie coating. Wear 233-235,1999: 608-614
[17] Craig I. Walker,Greg C. Bodkin. Empirical wear relationships for centrifugai pumps, Part 1: side-liners,wears 242, 2000: 140-146
[18] 田爱民、许洪元等．离心式渣浆泵叶轮的磨损规律研究．水泵技术，1997． (6) ： 7-10
[19] 罗先武．离心泵叶轮内磨损规律的研究．清华大学硕士学位论文，1996
[20] 洪亮．渣浆泵材料的磨损试验．水泵技术，1999． (1) ：3-5
[21] 杨建国．用导轮减轻固液两相流对离心泵叶片的磨损研究．水泵技术， 2000． (5) ：30-34
[22] 刘忠祥．杂质泵磨损机理的探讨．水泵技术，1981． (3) ：55-60
[23] 王荣贵．水力机械磨蚀机理与抗蚀．大电机技术，1991． (3) ：98-102
[24] 邢述彦．闫金忠．我国水机磨蚀研究及防护措施．太原理工大学学报， 1998． (3) ：285-288
[25] 刘汉伟，李双寿．固液泵过流部件材质的使用现状．流体机械，1999． (4) ：30-33
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[35] 赵敬亭，将道振．叶轮流道中固液两相流流动规律的研究水泵技术 1991． (4) 1-8
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[46] 峰村等完全二次元解法-式远心 内 流 混 入粒子 流 解析．机论(B篇)，1989． (520)
[47] 韩海，田中和博，小林敏雄． 形远心 全域 内部流 解析。-机械，第28卷第3号
[48] 荒井通晴等．-式远心羽根车 动 轴 ． 机械，第 18卷第4号
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[56] 依藤等． 内部流 观察．(B编)，1988：(515)
[57] 郭乃龙，关醒凡，高良润．表面油流法显示螺旋式离心泵内部流动的研究．农 业机械学报，1997． (3) ：29-34。
[58] 韦章兵，李延峰，徐守坤．气液固多相流对离心泵性能影响的试验台设计
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[64] Hanratty, T. J. ; Woods, B. D.: Iliopoulos, I.: Pan, L.: The Roles of Interfacial Stability and Particle Dynamics in Multiphase Flows: A Personai Viewpoint, International Journal of Multiphase Flow 26 (2000) , 169-190
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