基于开放边界条件的离心泵自吸过程瞬态流动数值模拟

来源：农业工程学报杂志2022年第5期北京时间：

作者：陈为升,黎耀军,刘竹青,

摘要：为探明泵内气液两相瞬态流动特征及自吸过程中吸水管液面震荡上升机理，该研究基于欧拉-欧拉多相流均相模型及标准k-ε湍流模型，采用开放型进、出口边界，对某外混式自吸离心泵在变转速启动条件下的自吸过程进行了数值模拟，分析了吸水管液面变化和主要过流部件内气液两相分布等瞬态特征。结果表明，开放型边界条件可以准确捕捉自吸过程中吸水管内液面震荡上升现象，与试验结果吻合良好。自吸过程包含3个阶段：快速吸入阶段对应吸水室内初始储液被快速吸入叶轮并将叶轮内气体排出，占自吸总用时的11.7%；震荡排气阶段是泵自吸过程的主要阶段，占总自吸时间的61.3%，该阶段内气液分离室内液体反复进入蜗壳和叶轮外缘区域，参与气液掺混及气液分离过程，完成自吸排气，过流部件内气液两相占比及吸水管液面震荡均近似呈0.25 s的周期性变化，叶轮内气相占比周期性变化和液柱惯性是导致该自吸阶段吸水管内液面震荡的主要原因；加速排气阶段为自吸末期，吸水管内液体加速进入叶轮，将泵内气体快速排出，其历时占总自吸时间的27%。研究结果可为自吸泵设计及性能优化提供重要参考。

关键词：泵, 数值模拟, 自吸过程, 开放型边界条件, 气液两相流动