為研究彎管進口對混流葉輪動態(tài)性能的影響，在Fluent6.3平臺上，采用壓力-速度修正的SIMPLEC方法求解時均化的Navier-Stokes方程，同時計算采用修正的RNGk-ε湍流模型，對于安裝在彎管后3倍管徑處及直管段的混流泵性能和徑向力特性進行分析.通過定常流場分析，對葉輪進口前軸向速度分布進行對比.結(jié)果表明：采用彎管進口的葉輪進口流道在轉(zhuǎn)彎平面內(nèi)的軸向流速分布差異明顯，而彎管與直管進口情況下的混流泵水力性能基本一致，并與試驗結(jié)果的趨勢相吻合.設(shè)計工況下的非定常析表明，直管進口的混流泵葉輪徑向力定常分量幾乎為零，而采用彎管進口的混流泵葉輪徑向力定常載荷顯著增大，尤其是葉頻段的非定常分量增大明顯，而由動靜干擾引起的非定常分量基本不變。

　　在各種工程實踐中，如船艦推進、石化、冶煉和泵站等場所，由于受到進水流道和管路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及空間限制，很多泵設(shè)備無法獲得理想外部安裝條件.例如在一些強制循環(huán)系統(tǒng)中，彎管位于泵進口上游不遠處，使得管件出口流場的非均勻變化影響到泵機組的正常運行，容易導致泵產(chǎn)品的運行故障.

　　以往國內(nèi)外眾多專家在離心泵性能、動態(tài)載荷等方面做了很多研究，尤其是針對低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪的性能、壓力脈動及動態(tài)載荷方面進行了較為系統(tǒng)的研究，但對于高比轉(zhuǎn)數(shù)的混流泵和軸流泵，由于其動態(tài)載荷受進口流場的影響而更為復雜，因而缺乏較深入的研究.目前國內(nèi)的仇寶云等分析了葉片進口流態(tài)對水泵性能、導軸承偏磨和間隙氣蝕的影響，提出了改善流態(tài)的方法.肖若富等針對進水流道對立式斜流泵的性能、水力載荷等方面影響進行了很多試驗和分析工作，在保持泵原有水力性能的條件下，對泵的相關(guān)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，取得了良好效果.國際上，VanEsch等、Nyirenda在噴水推進系統(tǒng)方面做了較多的相關(guān)工作，針對船舶推進管路及混流噴水設(shè)備進行了詳細研究.

　　根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，考慮到在文獻中噴水推進試驗所采用的進口非均勻流場分布特性和試驗設(shè)計情況，分析采用90°彎管作為典型進口管件，以混流泵水力模型作為研究對象，由于彎管產(chǎn)生的非均勻流速分布與文獻與中整流管束所產(chǎn)生的非均勻流場十分相似，因此該方案有利于對結(jié)果進行可靠的分析和驗證，同時易于進行進一步的試驗研究.文中通過對該混流泵模型分別在直管與彎管進口條件下的水力性能、動態(tài)徑向力變化特征分析，深入了解彎管進口下的非均勻進口流場對葉輪性能及徑向力載荷的影響，為混流泵結(jié)構(gòu)設(shè)計，尤其是轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計提供有效參考.

1、研究方案與數(shù)值模型

　　1.1、研究方案

　　分別針對混流泵模型在直管與彎管進口條件下的水力性能、動態(tài)徑向載荷進行分析.其中彎管的轉(zhuǎn)彎半徑為1.5倍管徑，葉輪進口距離彎管出口為3倍管徑.分析采用的混流泵水力模型設(shè)計參數(shù)中設(shè)計流量Q0=1400m3/h，揚程H0=12m，設(shè)計比轉(zhuǎn)數(shù)ns=510，葉輪葉片數(shù)為4，出口導葉葉片數(shù)為7.彎管進口方案(以下簡稱方案1)與直管進口方案(以下簡稱方案2)的計算域模型分別如圖1，2所示。

圖1 方案1模型圖

圖2 方案2模型圖

　　數(shù)值分析包括定常與非定常計算，定常數(shù)值計算主要對水力模型的常規(guī)水力性能進行分析，分別對2個方案模型在0.4，0.6，0.8，1.0和1.2倍設(shè)計流量下的流場情況進行計算，并將分析結(jié)果與水力模型的試驗結(jié)果進行對比.通過非定常數(shù)值計算以獲得方案1，2中葉輪的動態(tài)徑向力特性，并對彎管進口對于葉輪徑向力特性的影響進行分析.

結(jié)論

　　1)方案1中非均勻進口流場對于混流泵水力性能的影響很小，其水力性能曲線與采用直管進口的方案1十分接近，在實際應(yīng)用時可以忽略該彎管對水力模型性能的影響.

　　2)方案1中混流泵葉輪產(chǎn)生較大的徑向力定常分量，葉輪動態(tài)徑向力的葉頻分量顯著增大，而動靜干擾導致的高頻徑向力系數(shù)幅值則基本不變，動靜干擾對于葉輪葉片的影響基本局限在出口流場，而進口流場的變化很難對動靜干擾導致的高頻徑向力部分產(chǎn)生影響.