為了研究動(dòng)靜干涉對(duì)混流泵內(nèi)部流動(dòng)非定常壓力脈動(dòng)特性的影響，在混流泵進(jìn)口截面、動(dòng)靜耦合面以及出口截面取若干壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用RNG k - ε 湍流模型和滑移網(wǎng)格技術(shù)，對(duì)混流泵全流場(chǎng)進(jìn)行三維非定常湍流計(jì)算. 計(jì)算了葉輪進(jìn)口截面、動(dòng)靜耦合面以及出口截面的壓力脈動(dòng)，利用快速傅里葉變換進(jìn)行分析，得到了不同特征截面的壓力脈動(dòng)的頻率和幅值，并進(jìn)行外特性試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　結(jié)果表明: 從輪轂到輪緣，壓力脈動(dòng)最大幅值發(fā)生在葉輪出口輪緣側(cè)，而壓力脈動(dòng)最小幅值出現(xiàn)在葉片進(jìn)口輪轂側(cè)，葉輪進(jìn)口和葉輪導(dǎo)間輪緣處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的幅值約為輪轂處監(jiān)測(cè)點(diǎn)幅值的2 倍; 從葉輪進(jìn)口到導(dǎo)葉出口位置，壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì). 壓力脈動(dòng)最大值發(fā)生在導(dǎo)葉出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)，且存在一個(gè)低頻壓力脈動(dòng); 在60% ～ 85%設(shè)計(jì)流量工況范圍內(nèi)，揚(yáng)程-流量特性曲線出現(xiàn)正斜率不穩(wěn)定特性，數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異。

　　混流泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns通常處于300 ～ 600 范圍，具有閉式葉輪、半開式葉輪以及可調(diào)葉片和不可調(diào)葉片等多種結(jié)構(gòu)型式，是一種結(jié)構(gòu)和性能介于離心泵和軸流泵之間的泵型，其應(yīng)用范圍已逐漸向傳統(tǒng)的離心泵和軸流泵領(lǐng)域拓展. 由于混流泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、易啟動(dòng)以及效率高等突出優(yōu)點(diǎn)，使其在海水淡化裝置、電廠水循環(huán)、噴水推進(jìn)系統(tǒng)和核電站冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)等具有廣泛的應(yīng)用前景. 王福軍等采用大渦模擬亞格子湍流模型，研究了軸流泵內(nèi)非定常不穩(wěn)定流動(dòng)特性. 施衛(wèi)東等采用雷諾時(shí)均動(dòng)量方程研究了高比轉(zhuǎn)數(shù)斜流泵和軸流泵內(nèi)非定常壓力脈動(dòng)特性. Kato 等基于大渦模擬亞格子湍流模式研究了非設(shè)計(jì)工況下混流泵內(nèi)不穩(wěn)定流動(dòng)特性. 邴浩等在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)速度矩分布規(guī)律進(jìn)行參數(shù)化表述，并總結(jié)歸納出葉輪設(shè)計(jì)過程中速度矩分布參數(shù)選擇的規(guī)律. Miyabe 等通過提取壓力脈動(dòng)測(cè)試信號(hào)，揭示了小流量工況下混流泵的不穩(wěn)定運(yùn)行特性是由于沿葉輪入口到導(dǎo)葉出口的大尺度回流現(xiàn)象; 常書平等認(rèn)為在葉輪進(jìn)口與出口處，壓力脈動(dòng)主要受葉輪葉頻控制，從輪轂到輪緣脈動(dòng)幅值逐漸增大，噴水推進(jìn)器內(nèi)最大壓力脈動(dòng)發(fā)生在葉輪進(jìn)口。

　　混流泵內(nèi)非定常壓力脈動(dòng)是引起機(jī)組振動(dòng)及噪聲的主要原因之一. 近年來，隨著混流泵機(jī)組的應(yīng)用越來越廣泛，混流泵水力激振等影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的問題越來越突出，采用CFD 技術(shù)對(duì)混流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行研究是有效的方法之一。目前國內(nèi)外研究多結(jié)合CFD 數(shù)值模擬、流動(dòng)測(cè)試技術(shù)與壓力脈動(dòng)特征信號(hào)提取等研究混流泵內(nèi)非定常湍流壓力脈動(dòng)特性.文中應(yīng)用RNG k - ε 湍流模型對(duì)混流泵進(jìn)行全流道三維非定常湍流計(jì)算，并將外特性性能預(yù)估結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比以驗(yàn)證數(shù)值方法的可靠性，在此基礎(chǔ)分析不同特征截面的壓力脈動(dòng)特性。

　　1、非定常數(shù)值計(jì)算方法

　　1. 1、非定常湍流計(jì)算方法

　　對(duì)混流泵進(jìn)行三維非定常湍流數(shù)值模擬，計(jì)算中在葉輪與靜止部件間形成網(wǎng)格滑移面，模擬進(jìn)口管和葉輪、葉輪和導(dǎo)葉之間的兩級(jí)動(dòng)靜干涉，以獲得混流泵葉輪及導(dǎo)葉非定常流動(dòng)特征. 非定常計(jì)算采用二階隱式時(shí)間推進(jìn)法，湍流模型采用RNG k - ε湍流模型，壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)進(jìn)行處理. 混流泵內(nèi)不可壓縮流體的三維非定常湍流控制方程采用雷諾時(shí)均動(dòng)量方程表示，即

　　結(jié)論

　　基于雷諾時(shí)均方程和RNG k - ε 湍流模型對(duì)設(shè)計(jì)工況下低比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬，將非定常性能預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，并在此基礎(chǔ)上對(duì)比了混流泵內(nèi)非定常壓力脈動(dòng)特性，得到結(jié)論如下：

　　1) 基于雷諾時(shí)均方程和滑移網(wǎng)格技術(shù)，不能準(zhǔn)確預(yù)估小流量工況下混流泵的H - Q 正斜率不穩(wěn)定特性，但可以準(zhǔn)確預(yù)估額定工況和大流量工況下的H - Q 特性曲線。

　　2) 沿葉輪的輪轂到輪緣，混流泵壓力脈動(dòng)的幅值呈逐漸增大的趨勢(shì)，壓力脈動(dòng)最大幅值出現(xiàn)在葉輪出口輪緣側(cè)，而壓力脈動(dòng)最小幅值位于在葉片進(jìn)口輪轂側(cè)，葉輪進(jìn)口和葉輪出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)呈周期性變化，壓力波動(dòng)的穩(wěn)定性較好。

　　3) 葉輪進(jìn)口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幅值沿徑向逐漸增大，葉輪出口和導(dǎo)葉出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)較一致. 從葉輪進(jìn)口到導(dǎo)葉出口位置，壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì). 由于導(dǎo)葉內(nèi)非定常流動(dòng)誘發(fā)了較強(qiáng)的低頻壓力脈動(dòng)，導(dǎo)致壓力脈動(dòng)最大值發(fā)生在導(dǎo)葉出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)。