基于熵产的肘形吸入流道对管道泵性能的影响分析

作者：吴宏飞; 姜永明; 赵才甫; 温庆斌; 郭英

来源：流体机械, 2023, 51(12): 41-48.

• 端吸泵
• 管道泵
• 肘形吸入流道
• 熵产
• 水力损失

针对肘形吸入流道造成管道泵效率降低的实际工程问题，为了对流场中的能量损失作出定向和定量分析，引入熵产理论对管道泵流场进行了分析。以比转数为190的单级单吸式管道泵为研究对象，对不同流量工况（0.5Q～1.2Q）下肘形吸入流道的管道泵性能开展了数值模拟和试验研究，并与相同参数下直锥形吸入流道端吸泵的相关特征进行对比，分析了管道泵内部流动损失的分布特征以及肘形吸入流道对泵内流动损失的影响机理。结果表明，湍流熵产和壁面熵产是总熵产的主要来源；随着流量的增加，整体水力损失呈现先减小后增大的趋势；吸入流道的改型并未改变不同流量工况下总体流动损失的变化趋势，但改用肘形吸入流道使得叶轮入口处流动不均匀性增加，主要增强了内部流动的湍流脉动，导致各流体单元的流动损失增加。另外，涡流和流动分离使得叶轮段局部呈现高熵产率，而肘形吸入流道使得叶轮段的高熵产区域分布更广；在小流量工况下，叶轮段熵产的湍流熵产比率最大可达约为90%。研究结果可为管道泵的优化设计提供理论基础。