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(1.江蘇大學(xué)流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心，江蘇鎮(zhèn)江，212013；2.南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通，226000；3.江蘇大學(xué)鎮(zhèn)江流體工程裝備技術(shù)研究院，江蘇鎮(zhèn)江，212009)

混流泵是一種性能介于離心泵和軸流泵之間的泵型，具有流量大、效率高、抗汽蝕性能強(qiáng)、易于啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于市政工程、農(nóng)業(yè)灌溉、污水處理、噴水推進(jìn)、航天航空等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防工程中發(fā)揮著重要作用[1-3]?；炝鞅萌~輪輪緣與轉(zhuǎn)輪室之間存在著間隙，由于葉片輪緣與端壁的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及壓力面和吸力面的壓差作用，在葉頂間隙區(qū)將會(huì)產(chǎn)生輪緣泄漏流，泄漏流與吸力面主流混摻會(huì)形成輪緣泄漏渦，從而影響泵的穩(wěn)定性[4-7]。泄漏流干擾主流運(yùn)動(dòng)，特別是小流量工況下，泄漏渦更加強(qiáng)烈，并與流動(dòng)失穩(wěn)時(shí)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象存在密切關(guān)系[8-10]。鑒于輪緣泄漏流的復(fù)雜性，試驗(yàn)方法較難捕捉輪緣泄漏渦的結(jié)構(gòu)形態(tài)及發(fā)展過(guò)程，因此，數(shù)值模擬已成為研究輪緣泄漏流的主要方式。常書(shū)平等[11]采用數(shù)值方法開(kāi)展了輪緣間隙等參數(shù)對(duì)導(dǎo)葉式混流泵水力性能影響的研究，認(rèn)為輪緣間隙流產(chǎn)生的泄漏損失是水力損失的重要來(lái)源。HAO等[12-13]等研究發(fā)現(xiàn)，輪緣間隙對(duì)混流泵的外特性有重要的影響，不同的輪緣間隙下，混流泵的揚(yáng)程在整個(gè)流量范圍內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生變化，且間隙越大，揚(yáng)程越小。施衛(wèi)東等[14-17]通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)不同間隙下軸流泵的外特性和內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了研究，分析了泄漏渦的演化過(guò)程，揭示了不同的輪緣間隙對(duì)軸流泵水力性能和泄漏渦空化特性的影響機(jī)理。馬巖等[18]對(duì)離心葉輪頂部間隙進(jìn)行數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，間隙的增大會(huì)擴(kuò)大泄漏渦的影響范圍，從而導(dǎo)致葉輪性能的惡化，并會(huì)引起旋轉(zhuǎn)失速等非定常流動(dòng)狀態(tài)。SINHA等[19]研究發(fā)現(xiàn)，輪緣間隙處的流體流速比葉輪轉(zhuǎn)速約高50%，這部分高速泄漏流體對(duì)旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生有重要影響，而正斜率曲線的出現(xiàn)正是因?yàn)樾D(zhuǎn)失速的發(fā)生。VO等[20]提出了關(guān)于失速先兆與泄漏流溢出葉片通道有關(guān)的假說(shuō)，深刻揭示了通過(guò)研究輪緣泄漏流來(lái)研究失速機(jī)理的重要性?？梢?jiàn)，輪緣間隙對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速特性存在著重要影響。本文作者以導(dǎo)葉式混流泵為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法研究不同輪緣間隙對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速特性的影響，為揭示輪緣泄漏流與旋轉(zhuǎn)失速之間的關(guān)系提供參考。

1 研究模型

1.1 計(jì)算模型

本文研究對(duì)象為導(dǎo)葉式混流泵，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：額定流量Qdes=380 m3/h，揚(yáng)程H=6 m，轉(zhuǎn)速n=1 450 r/min，比轉(zhuǎn)速ns=480，葉片數(shù)Z=4，導(dǎo)葉數(shù)Zd=7?；炝鞅媚Ｐ桶ㄟM(jìn)口段、葉輪段、導(dǎo)葉段、環(huán)形蝸室和出口段，其示意圖如圖1所示。

圖1 混流泵模型Fig.1 Model of mixed-flow pump

為了精確對(duì)比不同輪緣間隙對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速特性的影響，在保證轉(zhuǎn)輪室的尺寸不變的條件下，通過(guò)改變?nèi)~輪直徑的方法來(lái)改變輪緣間隙，輪緣間隙δ分別為0.2，0.5和0.8 mm。

1.2 網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置

1.2.1 網(wǎng)格劃分

混流泵的模型包括進(jìn)口段、葉輪段、導(dǎo)葉段、環(huán)形蝸室和出口段。每一部分都采用ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分，且都為六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。葉輪和導(dǎo)葉分別采用J/O型拓?fù)浜虷/O型拓?fù)?，進(jìn)口段則采用Y塊拓?fù)??？紤]到輪緣間隙相當(dāng)于葉輪來(lái)說(shuō)很小，為了在輪緣間隙區(qū)域中得到高質(zhì)量的網(wǎng)格，通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)輪緣間隙中內(nèi)部網(wǎng)格進(jìn)行加密，同時(shí)對(duì)間隙向葉輪內(nèi)部的過(guò)渡段進(jìn)行加密，以保證均勻過(guò)渡。對(duì)整個(gè)混流泵模型段進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)全局網(wǎng)格數(shù)量接近489萬(wàn)時(shí)，通過(guò)加密網(wǎng)格來(lái)增加網(wǎng)格數(shù)所計(jì)算出的混流泵揚(yáng)程變化較小，相對(duì)誤差基本在±5%以內(nèi)，符合網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)的要求。圖2和圖3所示分別為全局網(wǎng)格和輪緣區(qū)域附近網(wǎng)格。

圖2 全局網(wǎng)格Fig.2 Global mesh

1.2.1 邊界條件設(shè)置

圖3 輪緣區(qū)域網(wǎng)格Fig.3 Mesh of clearance area

以雷諾時(shí)均N-S方程為基本控制方程，選用k-ε湍流模型，通過(guò)有限體積法和SIMPLEC算法對(duì)方程進(jìn)行離散，并采用二階精度迎風(fēng)格式。對(duì)于邊界條件的設(shè)置，進(jìn)口邊界為壓力進(jìn)口，為20 kPa，出口邊界為質(zhì)量流量出口，根據(jù)流量的變化來(lái)設(shè)置。壁面函數(shù)采用無(wú)滑移壁面，參考?jí)毫?01.325 kPa，收斂精度設(shè)置為10-4。在進(jìn)行非定常計(jì)算時(shí)，設(shè)置計(jì)算總步長(zhǎng)為2 000步，計(jì)算時(shí)間步為3°，每10步保存1次。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

2.1 外特性對(duì)比

外特性試驗(yàn)在江蘇大學(xué)國(guó)家水泵及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室的大型閉式試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，管道直徑為250 mm，由不銹鋼制成。整個(gè)試驗(yàn)裝置系統(tǒng)及各儀器名稱和安裝位置如圖4所示。試驗(yàn)過(guò)程中使用安裝在泵入口和出口處的2個(gè)壓力變送器來(lái)測(cè)量揚(yáng)程，類型為WT-1151電容式壓力變送器。入口壓力變送器的測(cè)量范圍為±100 kPa，出口壓力變送器的測(cè)量范圍為0～600 kPa，精度均為0.2。流量測(cè)量采用LWGY-250渦輪流量計(jì)，其精度為0.5，公稱壓力為1.6 MPa。采用扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x測(cè)試轉(zhuǎn)速、扭矩和軸功率，轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差為±0.2%。整個(gè)系統(tǒng)滿足1級(jí)精度要求。測(cè)試開(kāi)始時(shí)，閥門(mén)完全打開(kāi)，電機(jī)在測(cè)試裝置和軟件打開(kāi)后啟動(dòng)。通過(guò)改變泵出口閥門(mén)的開(kāi)啟度來(lái)調(diào)節(jié)流量，當(dāng)轉(zhuǎn)速保持在1 450 r/min，流量達(dá)到目標(biāo)流量時(shí)，采集流量和壓力數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，停止電機(jī)，待系統(tǒng)內(nèi)的液體靜止后再進(jìn)行下一次試驗(yàn)。每種工況的試驗(yàn)重復(fù)3次，以減少試驗(yàn)結(jié)果的不確定誤差。

圖4 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of test system

圖5所示為0.5 mm間隙下的混流泵試驗(yàn)和外特性對(duì)比圖，其中，Q為實(shí)際流量。由圖5可知：數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)量的揚(yáng)程基本一致，只有在0.2Qdes時(shí)出現(xiàn)較大的誤差，這是因?yàn)楫?dāng)流量靠近關(guān)死點(diǎn)時(shí)，實(shí)際流態(tài)很復(fù)雜，此時(shí)存在較多的湍流耗散以及沖擊損失，而數(shù)值模擬中無(wú)法全部涵蓋這些因素。另外，在設(shè)計(jì)流量工況下，模擬揚(yáng)程和試驗(yàn)揚(yáng)程的相對(duì)誤差小于1%，精度較高。由于沒(méi)有充分考慮圓盤(pán)摩擦損失，模擬效率略高于試驗(yàn)結(jié)果。但總體而言，數(shù)值模擬的揚(yáng)程和效率與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，模擬結(jié)果具有一定的可信度。當(dāng)流量在0.4Qdes和0.8Qdes之間時(shí)，由于揚(yáng)程隨流量變化緩慢，通過(guò)模擬更多工況點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)程曲線存在正斜率特性，如圖5中虛線框所示，表明當(dāng)混流泵在這個(gè)流量段工作時(shí)，可能發(fā)生了旋轉(zhuǎn)失速。

圖5 0.5 mm間隙下外特性試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果對(duì)比Fig.5 Experimental and numerical simulation performance of pump with 0.5 mm clearance

相關(guān)研究表明，混流泵在小流量工況下容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，相應(yīng)的外特性會(huì)呈現(xiàn)出不穩(wěn)定特性，主要以出現(xiàn)正斜率曲線為標(biāo)志，且揚(yáng)程的驟降程度與旋轉(zhuǎn)失速?gòu)?qiáng)度相關(guān)[21-23]。為了研究不同輪緣間隙對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速特性的影響，δ分別為0.2，0.5和0.8 mm時(shí)外特性曲線如圖6所示。由圖6可知，3種輪緣間隙的外特性曲線的趨勢(shì)基本一致，且隨著間隙的增大，混流泵的揚(yáng)程在整個(gè)流量范圍都會(huì)減小，這是因?yàn)殚g隙的增大導(dǎo)致輪緣泄漏引起的葉端損失越來(lái)越大。另外，3種間隙的揚(yáng)程都從0.6Qdes開(kāi)始發(fā)生下降，0.6Qdes為臨界失速點(diǎn)，并在0.56Qdes時(shí)達(dá)到最低，0.56Qdes為深度失速點(diǎn)，出現(xiàn)正斜率曲線的流量范圍基本一致。當(dāng)δ=0.8 mm時(shí)，揚(yáng)程下降幅度最大，正斜率不穩(wěn)定特性最為明顯，此時(shí)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象可能最嚴(yán)重。馬鞍形曲線只是混流泵旋轉(zhuǎn)失速的外部表現(xiàn)形式，要準(zhǔn)確判斷旋轉(zhuǎn)失速的嚴(yán)重程度，還需要從內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。另外，小流量工況時(shí)，輪緣間隙對(duì)泵效率的影響很??；而大流量工況時(shí)，隨著輪緣間隙的增大，泵的效率逐漸降低。

圖6 不同間隙外特性Fig.6 External characteristic of different clearances

2.2 不同輪緣間隙內(nèi)部流場(chǎng)分析

2.2.1 葉輪內(nèi)的流線變化

為了更加深入地了解輪緣間隙對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速特性的影響，對(duì)混流泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析?；炝鞅迷诎l(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時(shí)通常會(huì)伴隨旋渦的產(chǎn)生，且研究表明：失速核的實(shí)際形態(tài)就是旋渦，且通常位于葉輪出口。圖7和圖8所示分別為近失速工況和深度失速工況下葉輪出口面流線圖。由圖7可知，在近失速工況下，當(dāng)δ=0.2 mm時(shí)，葉輪內(nèi)單個(gè)流道的吸力面出口附近出現(xiàn)旋渦結(jié)構(gòu)。而當(dāng)δ＞0.2 mm時(shí)，旋渦數(shù)變成2個(gè)，且在葉輪內(nèi)相鄰的2個(gè)流道上。仔細(xì)觀察旋渦的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：旋渦由2部分組成，且旋轉(zhuǎn)方向相反，如圖7和8中旋渦A和B所示。從圖7可以看出，輪緣間隙的變化對(duì)旋渦B的影響較大，當(dāng)δ=0.2 mm，在葉輪出口面已經(jīng)較難發(fā)現(xiàn)旋渦B的流動(dòng)軌跡。隨著間隙的增大，旋渦A和旋渦B都變得越來(lái)越強(qiáng)烈，但葉輪出口旋渦區(qū)所占流道面積并沒(méi)有多大變化，只是旋渦B所占流道面積變得越來(lái)越大，相對(duì)應(yīng)的旋渦A所占流道面積有所減小。由圖8可見(jiàn)：在深度失速工況時(shí)，旋渦已經(jīng)擴(kuò)散到了整個(gè)葉輪流道，每個(gè)葉輪出口都分布著大小相似的旋渦。除了旋渦數(shù)發(fā)生變化外，旋渦的強(qiáng)度同近失速工況相比也發(fā)生了一定的變化，都得到一定的增強(qiáng)。另外，深度失速工況下，隨著輪緣間隙增大，葉輪出口面的速度場(chǎng)分布沒(méi)有明顯的變化。而在近失速工況時(shí)，輪緣間隙的變化對(duì)速度場(chǎng)產(chǎn)生的影響更嚴(yán)重，特別是當(dāng)δ＞0.2 mm時(shí)，現(xiàn)象最明顯，這正是由于旋渦數(shù)的不同對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生了一定的影響。

為了進(jìn)一步分析旋渦的結(jié)構(gòu)，對(duì)輪緣泄漏渦的空間流線進(jìn)行研究，如圖9所示。從圖9(a)可以看出：旋渦A和B均為輪緣泄漏渦，但兩者尺度相差很大，且前者從葉片前緣就開(kāi)始發(fā)生卷吸，而后者是從葉片尾緣才開(kāi)始發(fā)生卷吸。因此，旋渦A為輪緣泄漏渦的主渦，而旋渦B為輪緣泄漏渦的次渦。受到旋渦的堵塞作用，此流道的泄漏流擴(kuò)散到下一個(gè)流道，對(duì)下一個(gè)流道產(chǎn)生了一定的影響，而當(dāng)前流道的堵塞狀態(tài)就得到了一定的緩解，從而促成了失速團(tuán)的傳播。從圖9(b)可見(jiàn)：旋渦A和B為非失速流道的泄漏流和泄漏渦，在非失速狀態(tài)下，泄漏渦的尺度很小，且泄漏流并不會(huì)影響到下個(gè)流道，說(shuō)明輪緣泄漏渦確實(shí)與混流泵的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象有著密切的關(guān)系，因此，輪緣間隙的變化會(huì)對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象產(chǎn)生較大的影響。

圖8 0.56Qdes時(shí)葉輪出口面流線圖Fig.8 Streamline of impeller outlet surface under 0.56Qdescondition

圖9 泄漏渦結(jié)構(gòu)Fig.9 Leakage vortex structure

2.2.2 輪緣間隙流場(chǎng)的流線分布

為了進(jìn)一步觀察輪緣泄漏流和輪緣泄漏渦的變化情況，在同一葉片的中間位置過(guò)葉輪軸線截取1個(gè)平面，截面位置示意圖如圖10所示。

圖10 截面位置示意圖Fig.10 Schematic of cross-section position

在近失速工況和深度失速工況下3種不同輪緣間隙截面的壓力和流線圖分別如圖11和圖12所示。由圖11可知：在近失速工況下，隨著輪緣間隙的增大，輪緣泄漏渦的尺度越大，所占的流道面積越大，且當(dāng)δ＞0.2 mm時(shí)，輪緣泄漏渦已經(jīng)波及到了葉輪進(jìn)口，對(duì)主流的干擾作用逐步明顯。不同輪緣間隙下，旋渦的卷吸位置也不一樣；當(dāng)δ=0.8 mm時(shí)，渦核距離葉片吸力面最遠(yuǎn)。考慮到旋渦的卷吸效應(yīng)，這種現(xiàn)象應(yīng)該與泄漏流的流速密切相關(guān)。當(dāng)δ＞0.2 mm時(shí)，截面的壓力分布類似，在葉輪進(jìn)口，都出現(xiàn)了不均勻的壓力分布，這正是因?yàn)槭艿搅溯喚壭孤u的影響，對(duì)主流產(chǎn)生了擾動(dòng)。由圖12可知，在深度失速工況下，隨著輪緣間隙的增大，泄漏渦的結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化。當(dāng)δ分別為0.2 mm和0.8 mm時(shí)，輪緣泄漏渦的影響已經(jīng)擴(kuò)大到了葉片中部，泄漏渦尺度得到了大幅度增強(qiáng)。而當(dāng)δ為0.5 mm時(shí)，同近失速工況相比，輪緣泄漏渦的形態(tài)軌跡都沒(méi)有發(fā)生較大的變化，只是泄漏渦尺度略有加強(qiáng)。另外，相對(duì)于近失速工況，深度失速工況時(shí)截面上的壓力分布也產(chǎn)生了較大的變化，當(dāng)δ分別為0.2 mm和0.8 mm時(shí)，截面上的壓力分布類似，吸力面均存在較高壓力分布區(qū)域，葉輪做功能力下降，失速程度較為嚴(yán)重。而當(dāng)δ為0.5 mm時(shí)，截面上低壓區(qū)所占面積最大，且分布形態(tài)同近失速工況類似，失速程度相對(duì)較輕。

圖11 0.6Qdes時(shí)截面內(nèi)壓力和流線圖Fig.11 Streamline and pressure of section under 0.6Qdescondition

圖12 0.56Qdes時(shí)截面流線圖Fig.12 Streamline of section under 0.56Qdescondition

2.3 不同輪緣間隙壓力脈動(dòng)分析

混流泵在發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，失速團(tuán)周期性的產(chǎn)生和消失往往會(huì)誘發(fā)不穩(wěn)定的壓力脈動(dòng)。因此，研究不同輪緣間隙下混流泵的壓力脈動(dòng)特性對(duì)研究不同輪緣間隙對(duì)混流泵旋轉(zhuǎn)失速特性的影響至關(guān)重要。在葉輪出口面的4個(gè)流道分別設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖13所示。

采用壓力系數(shù)Cp對(duì)瞬態(tài)壓力進(jìn)行量綱一處理來(lái)表示壓力波動(dòng)的劇烈程度，其計(jì)算公式為

圖13 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖Fig.13 Position of monitor point

式中：p為監(jiān)測(cè)點(diǎn)瞬時(shí)的壓力；pˉ為監(jiān)測(cè)點(diǎn)周期內(nèi)的平均壓力；u2為葉輪出口圓周速度。

隨著時(shí)間的變化，旋渦會(huì)沿著周向進(jìn)行傳播，這是旋轉(zhuǎn)失速的傳播規(guī)律。在深度失速工況時(shí)，在3種不同輪緣間隙下，每個(gè)流道都存在著旋渦，雖然不同時(shí)刻葉輪的4個(gè)流道的旋渦尺度會(huì)有所變化，但相對(duì)于近失速工況而言，現(xiàn)象不明顯。因此，本文重點(diǎn)研究近失速工況時(shí)的壓力脈動(dòng)情況。圖14所示為近失速工況時(shí)，不同輪緣間隙下葉輪4個(gè)出口流道的監(jiān)測(cè)點(diǎn)Y1，Y2，Y3和Y4的壓力脈動(dòng)時(shí)域圖。葉輪的旋轉(zhuǎn)周期T=0.041 397 s，總時(shí)間t=0.413 97 s，表示葉輪旋轉(zhuǎn)了10T。由圖14可知，3種不同輪緣間隙下，在4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處壓力脈動(dòng)曲線均表現(xiàn)出比較明顯的周期性變化。且同一間隙下，在不同流道中壓力系數(shù)波形相似，只是相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間呈現(xiàn)出較大的相位差，這是失速渦在流道中的連續(xù)傳播引起的。當(dāng)δ=0.2 mm時(shí)，每個(gè)周期內(nèi)只存在1個(gè)波谷。圖15所示為在近失速工況下不同時(shí)刻內(nèi)部流場(chǎng)圖。從圖15可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壓力脈動(dòng)曲線出現(xiàn)波谷時(shí)，對(duì)應(yīng)該流道中出現(xiàn)旋渦。隨著時(shí)間從t1到t2，旋渦沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向進(jìn)行傳播，傳播到下個(gè)流道所需時(shí)間約為1.5T，符合失速團(tuán)的傳播規(guī)律，如圖15中過(guò)程t1-t2所示。當(dāng)δ=0.5 mm和δ=0.8 mm時(shí)，由于失速團(tuán)的個(gè)數(shù)變成了2個(gè)，且在相鄰流道內(nèi)，因此，失速團(tuán)在傳播時(shí)要比單個(gè)失速團(tuán)傳播略復(fù)雜。當(dāng)δ=0.5 mm時(shí)，葉輪流道中存在2個(gè)失速團(tuán)，假設(shè)分別在Y1流道和Y2流道，2個(gè)失速團(tuán)沿著順時(shí)針?lè)较蛲瑫r(shí)開(kāi)始傳播。但由于Y3流道沒(méi)有存在失速團(tuán)，因此，Y2流道中的失速團(tuán)向Y3流道的傳播過(guò)程與Y1流道的失速團(tuán)向Y2流道的傳播過(guò)程有所不同。最終，當(dāng)Y3流道形成失速團(tuán)時(shí)，Y1流道的失速團(tuán)消失了，而Y2流道仍然存在著失速團(tuán)，這樣就完成了1次失速團(tuán)的傳播。在傳播過(guò)程中，Y2流道中的失速團(tuán)的變化過(guò)程較為復(fù)雜，同時(shí)受到前后2個(gè)流道的影響，壓力系數(shù)曲線呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，正如圖14(b)中壓力脈動(dòng)曲線的過(guò)程1—2—3所示。當(dāng)δ=0.8 mm時(shí)，傳播規(guī)律與δ=0.5 mm時(shí)的類似，只是同一時(shí)間下，相同流道的狀態(tài)有所不同。

圖14 0.6Qdes時(shí)壓力系數(shù)的時(shí)域特性Fig.14 Time domain characteristics of pressure coefficient under 0.6Qdescondition

圖15 在近失速工況下不同時(shí)刻內(nèi)部流場(chǎng)圖(δ=0.2 mm)Fig.15 Internal flow fields at different times under near stall condition(δ=0.2 mm)

3 結(jié)論

1)輪緣間隙對(duì)混流泵的外特性影響顯著，隨著間隙增大，在整個(gè)流量范圍內(nèi)混流泵的揚(yáng)程都會(huì)減小。不同間隙發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的工況點(diǎn)一致，當(dāng)間隙為0.8 mm時(shí)，混流泵流量-揚(yáng)程曲線的正斜率特性最為明顯。

2)與深度失速工況對(duì)比，近失速工況下輪緣間隙對(duì)葉輪出口流線的影響要更顯著，流道旋渦數(shù)和速度場(chǎng)都發(fā)生了較明顯的變化。另外，在不同輪緣間隙下，從近失速工況到深度失速工況，輪緣泄漏渦都發(fā)生了一定的變化，當(dāng)間隙為0.8 mm時(shí)，輪緣泄漏渦的影響已經(jīng)擴(kuò)大到葉片吸力面中部，泄漏渦尺度得到了大幅度增強(qiáng)。

3)在近失速工況時(shí)，在3種不同輪緣間隙下，葉輪流道出口的壓力系數(shù)波形在4個(gè)流道中均呈現(xiàn)出明顯的周期性傳播規(guī)律，這與失速團(tuán)的傳播規(guī)律相一致。隨著間隙增大，由于失速渦的數(shù)量增加，失速渦的傳播機(jī)理趨于復(fù)雜。