為保證CFD計(jì)算結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性，將初始離心式管道泵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括不同工況下的效率、揚(yáng)程和軸功率，與初始模型的CFD計(jì)算值進(jìn)行對比，模型泵試驗(yàn)及模擬的外特性曲線對比。整體上，數(shù)值模擬得到的性能曲線優(yōu)于試驗(yàn)得到的性能曲線，這是由于數(shù)值模擬過程中，將廣一水泵內(nèi)流體的流動(dòng)和泵的結(jié)構(gòu)做了適當(dāng)簡化和假設(shè)。試驗(yàn)曲線，流量取93.56m3/h時(shí)，對應(yīng)效率最大值68.62%。在整個(gè)流量范圍內(nèi)，雖然數(shù)值模擬性能曲線與試驗(yàn)性能曲線稍有差異，但是兩者的誤差不大，兩者的吻合程度較高。因此，可以認(rèn)為數(shù)值模擬能夠真實(shí)地反映各工況條件下管道泵的性能，這利用數(shù)值模擬的方法對離心式管道泵進(jìn)行仿真計(jì)算提供了試驗(yàn)支撐。
固液兩相介質(zhì)中顆粒的物理特性對離心式管道泵的內(nèi)部流動(dòng)有著巨大的影響。本節(jié)選取描述固相顆粒特征的3個(gè)參數(shù)：初始固相濃度Cv、顆粒粒徑式(mm)、顆粒相密度A(kg/m3)。分別固定其中2個(gè)參數(shù)，改變另外1個(gè)參數(shù)，探究顆粒相特性變化對泵內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的影響。
葉輪進(jìn)口處的靜壓最低，從葉輪進(jìn)口到葉輪出口，靜壓依次提高，梯度明顯。在葉輪出口與蝸殼隔舌之間的位置，壓力有最大值，這是由于此處流動(dòng)受阻，使得流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成了靜壓能?？拷仛さ某隹谔帀毫τ兴档?，由于蝸殼出口與出水段的進(jìn)口相連接，流體的流動(dòng)由蝸殼擴(kuò)散段內(nèi)的擴(kuò)散流動(dòng)變成出水管內(nèi)的圓管流動(dòng)，流體在此處存在一定的速度擾動(dòng)，使得流體的壓力減小。同時(shí)，當(dāng)Cv分別取0.1、0.2、0.3、0.4,泵內(nèi)的最大壓力值分別為337837Pa、330025Pa、321999Pa、317018Pa。
圖1：葉輪與蝸殼流道z=0剖面上不同初始固相濃度時(shí)的靜壓分布(Pa)
流道內(nèi)最大壓力值分別為345568Pa、330325Pa、305023Pa、286756Pa。當(dāng)固相顆粒密度A相對較大時(shí)，流道內(nèi)的壓力下降明顯。這說明在相同濃度的情況下，隨著顆粒密度增大，兩相介質(zhì)的混合密度增大，離心式管道泵對固液兩相介質(zhì)的抽送能力減弱。相對速度在流道內(nèi)的分布無明顯規(guī)律，當(dāng)流體開始流進(jìn)葉輪流道，葉輪流道進(jìn)口相對狹長，流體的通過速度就相對較快，導(dǎo)致葉輪進(jìn)口處的壓力降低，這也是汽蝕容易發(fā)生在此處的主要原因。沿流道的擴(kuò)散，液相流體的速度有所降低，但并無明顯梯度。隨著流道的持續(xù)擴(kuò)散，由于葉片背面出口附近產(chǎn)生漩渦，出現(xiàn)脫流，導(dǎo)致了一個(gè)相對低速區(qū)域產(chǎn)生，于是葉片背面出口處的相對速度比工作面小。廣一化工泵葉輪出口與蝸殼進(jìn)口的交界處，在旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止蝸殼的動(dòng)靜干涉影響下，在此處相對速度取得了較大值。同時(shí)，伴隨初始固相濃度增加，葉片背面出口附近的低速區(qū)域有持續(xù)擴(kuò)大的趨勢，且相對速度最大值也不斷增大，由CV=0.1時(shí)的9.78m/s增至CV=0.4時(shí)的13.9m/s。
葉輪內(nèi)各流道中固相的相對速度矢量圖。此時(shí)工況為：流量與轉(zhuǎn)速均取設(shè)計(jì)值，顆粒粒徑式=1.0mm，顆粒相密度A=2000kg/m3。由圖可知，固相的相對速度與液相的相對速度整體上分布一致，但固相相對速度從葉輪進(jìn)口到出口逐漸變大的梯度比液相明顯，且矢量的指向從葉輪的進(jìn)口到出口的趨勢較液相好。特別是在濃度低于0.2時(shí)，葉輪流道內(nèi)并沒有產(chǎn)生漩渦，由于固相顆粒本身占據(jù)一定質(zhì)量與體積，慣性的作用可以抵消部分來自流道擴(kuò)散而造成的流體擾動(dòng)。但伴隨初始固相濃度Cv逐步增加，固相顆粒之間的相互接觸與碰撞的機(jī)會增加，加劇了葉片背面的脫流，并在出口附近形成低速區(qū)域，葉輪流道內(nèi)的固相相對速度的最大值也跟隨Cv的提升而變大，但略小于液相相對速度的最大值。
