基于RANS方程和SST湍流模型，應用SIMPLEC算法，對混流泵內流場進行非定常數(shù)值模擬，分析了不同流量工況和不同轉速工況時混流泵內4個代表性監(jiān)測面上壓力脈動的時域和頻域特性。取非定常計算的功率平均值與試驗值對比，證明該數(shù)值模型可較準確描述泵內流場特征。結果表明:混流泵內最大壓力脈動在葉輪進口，從輪轂到輪緣脈動幅值遞增；在葉輪進口和葉輪出口壓力脈動頻率主要為葉輪葉頻，而導葉中間和導葉出口壓力脈動頻率與流量工況相關；偏離最優(yōu)工況越遠脈動越大，偏小流量對葉輪進口壓力脈動影響明顯；不同轉速時最優(yōu)工況壓力脈動頻率成分相似，脈動幅值隨轉速增加而增加。

　　混流泵在農田灌溉、防澇排洪、城市供水等領域都有廣泛應用。由于轉動葉輪與靜止導葉之間的相對運動、葉片導邊的水流沖擊、葉片隨邊的脫流、局部空化等都會引起混流泵內出現(xiàn)壓力脈動，其主要危害是使機組振動加劇和噪聲增大。為了改善混流泵運行的穩(wěn)定性和安靜性，很有必要對混流泵內流場的壓力脈動特性進行深入研究。

　　泵內流場壓力脈動的試驗研究具有測量困難、周期長、成本高等不利因素，壓力脈動特性的相似理論尚未完善使得模型試驗結果往往不能對實尺裝置有效指導。真空技術網(http://www.mp99x.cn/)的專家采用數(shù)值計算手段對離心泵、軸流泵的非定常流場開展了一定研究，而對混流泵壓力脈動的研究則相對較少。

　　本文對混流泵內三維非定常湍流進行數(shù)值模擬，以揭示混流泵內流場的壓力脈動規(guī)律，為混流泵的結構優(yōu)化和噪聲控制提供參考。

1、計算對象和監(jiān)測點選取

　　研究對象為比轉數(shù)ns=445的混流泵，其主要參數(shù)為:葉輪葉片數(shù)z=6，導葉葉片數(shù)z1=11，設計流量系數(shù)KQ=Q/(n0D3)=0.93，揚程系數(shù)KH=H/(n20D2)=0.35，Q為流量，n0為轉速，D為混流泵標稱直徑，H為揚程。在葉輪進口、葉輪出口、導葉中間和導葉出口4個截面上各設置了5個壓力監(jiān)測點，沿徑向均勻布置，如圖1所示。

圖1 壓力監(jiān)測點的布置

結論

　　(1)混流泵葉輪進口壓力脈動最大，這是影響機組穩(wěn)定和安靜運行的關鍵。葉輪進口和葉輪出口壓力脈動幅值從輪轂到輪緣遞增，優(yōu)化葉輪輪緣是改善壓力脈動的有效手段。

　　(2)混流泵葉輪進口和葉輪出口壓力脈動主要頻率為葉輪葉頻；在最優(yōu)工況和小流量工況，導葉中間和導葉出口的壓力脈動以低頻為主，而大流量工況依然是葉輪葉頻占主導。為防止機組共振，應避免結構的固有模態(tài)與壓力脈動頻率接近或成整數(shù)倍。

　　(3)運行偏離最優(yōu)工況時混流泵內流場壓力脈動增大，偏小流量對葉輪進口壓力脈動影響明顯。不同轉速時的最優(yōu)工況混流泵內壓力脈動成分相似，壓力脈動隨轉速增大而增大。