广一水泵厂丨凹坑截面形状对水泵流场的影响

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通过对各组模型仿真结果的分析，发现凹坑截面形状、凹坑深度都会影响凹坑内部液体的流动及漩涡的大小。
图1所示为凹坑纵向剖面图，图a)为流线图，其流线的方向表示凹坑中液体的流动方向，流线的颜色代表流体流动的速度大小；与图a)对应，图b)为凹坑内部流体的压力分布情况。通过两张图的对应关系，可以发现凹坑内部流场的压力分布情况与其流体的流动状态密切相关，在凹坑内部流体产生旋涡的位置压力较低，在流体速度较大的位置其压力较高。
如图a)中所示，凹坑内部底部海水由于粘性力作用首先跟随运动表面同向运动;在x=-3.57，y=0附近，与非凹坑区域接触的海水其速度远大于其附近区域的海水，由于粘性力的作用这部分高速流体会带动与之相接处的低速流体一起运动，并且继续向下传递；在x=-3.85,y=-0.07附近，它与由凹坑表面带动的高速流体汇合，并且在此处改变了运动方向与凹坑表面附近的流体一起流过凹坑前沿的收敛间隙，形成较大的动压支撑；在流过x=-3.9，y=0处时产生了一个很小的漩涡，这一现象在压力分布图中体现在广一化工泵相同位置的一个局部低压区。在凹坑右下方产生了一个较大的漩涡,其中心位置处于x=-3.57,y=-0.07处。此处的漩祸对x=-3.65至x=-3.55这一段圆弧附近的流体冲击较大，两部分流体速度方向相反，在交汇后其流动速度明显降低且流动方向与壁面运动方向相反；这就导致了此段凹坑表面的低压分布。在图b)中沿凹坑曲面方向，其附近压力均较大这是由于此处流体速度较大，然而受到漩涡的影响曲面后半段附近压力明显降低，这说明此处产生的漩涡对非光滑表面的承载力起到负面影响，降低了液膜的承载力。
改变凹坑截面形状如图所示，a)为矩形凹坑，b)为圆柱凹坑。从图中可以看出截面为矩形的凹坑在其内部流场会产生两个漩涡，与球形凹坑一样位于凹坑底部的漩涡其周围流体的流动方向与滑靴的运动方向相反及产生了逆流，降低了壁面附近流体的速度，因此减弱了广一离心泵的动压承载效果，该处存在的漩涡削弱了非光滑表面产生的动承载力。而且对于矩形截面来说，此处的漩涡几乎无法避免，当液膜厚度为5um、lOum、30um、50um、lOOum时，此处均会出现漩祸。当凹坑深度从0.2mm变化到0.6mm时，此处漩涡会随着凹坑深度的增加而增大，影响凹坑底部的范围也越来越大。
与截面形状为圆弧形的凹坑对比，截面形状为矩形坑时，凹坑纵截面会出现两个漩涡。位于上部的凹坑形成了类似于滚动轴承的效应，对动压效果具有一定的增益影响，而位于下方的凹坑会明显降低水膜表面的压力，并且对于矩形凹坑来讲这个旋涡时无法避免的，对比a)、b)两图，发现当凹坑深度较大时，下方产生的旋涡较大；当液膜厚度较大时，下方产生的漩涡较小。因此广一水泵厂在设计坑形时要综合考虑到凹坑深度与液膜厚度对流场的影响。
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