东莞南方水泵丨泄漏量对圆盘摩擦损失影响的数值计算

低比转速离心泵叶轮圆盘摩擦损失在总轴功率中占有很大比例，大约为10?20%。随着比转速的减小，离心泵的效率急剧降低。泵的损失主要包括水力损失、机械损失及容积损失，而导致低比转速离心油泵效率急剧下降的主要原因是圆盘摩擦损失加大。离心泵叶轮旋转时，两侧盖板表面与壳体内流体间的摩擦损失称为圆盘摩擦损失，是机械损失的主要部分。广东南方水泵依据理论分析结果，圆盘摩擦损失与流体密度，叶轮转速及其外径有关。对于离心泵来说，圆盘摩擦损失与叶轮外径的5次方成正比。由于叶轮外径随比转速降低而增大，所以当比转速降低时，圆盘摩擦损失在轴功率中所占的比例也会升高。当比转速减小到28左右，摩擦损失功率**过轴功率的30%。低比转速离心油泵输送粘油时，由于粘度的增大，叶轮圆盘摩擦损失在总轴功率中所占比例较大，较高可达45%。因此对叶轮圆盘摩擦损失进行研究，并采取有效措施降低该损失，不仅可提高机械效率，而且可以有效的节约能源，提髙石油工业的经济效益。
为了清楚研究叶轮圆盘摩擦损失规律，常用空腔中充满液体的旋转圆盘来模拟叶轮圆盘损失规律。从上世纪40?50年代开始，国外就对封闭空腔内圆盘流动系统内部流场、圆盘摩擦以及泵前盖板与壳体之间泄漏开展了研究。Daily&Nece(I960)通过试验研究了圆盘在封闭空腔内作旋转运动时其表面所受到的液体摩擦力矩。文献利用全三维Navier-Stokes方程对航天飞机主发动机髙压燃油泵前盖板与壳体之间的泄漏进行数值计算，详细研究了不同质量流量，即泄漏量对速度和压力的影响；文献提出一个有限元法预测涡轮机械前盖板和壳体之间泄漏量的模型，对泄漏量和雷诺数之间的关系进行了研究；但是以上研究都没有涉及泄漏量与摩擦损失之间的关系。
东莞南方水泵通过增大比转速为28的低比转速离心泵叶轮前盖板口环与泵体之间的径向间隙，即增大泄漏量来降低叶轮圆盘摩擦损失来提髙泵的效率。对离心泵输送清水时进行了试验研究，发现当径向间隙3.5mm时，泵效率较高。这种作法是否具有普遍意义？该结论在输送介质为粘性较大的油时是否适用？
南方水泵厂对此问题进行了数值计算，选取现有文献实验旋转圆盘为研究对象，利用CFD软件Fluent计算了圆盘周围流动和圆盘壁面摩擦剪切应力和静压力分布。研究了不同粘度下，泄漏量对圆盘壁面剪切应力的影响。计算中设置不同的进口轴面速度来改变泄漏量。通过数值计算，发现旋转圆盘壁面剪切应力随泄漏量的增大而减小，减小了圆盘摩擦损失，定性地得到了与文献实验结果相一致的结论。
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