过程流体机械 离心泵
图4-3 , 4-4, 4-5分别为四叶片离心泵在0.6Qopt, Qopt, 1.4Qopt工况下叶轮前后盖板侧的速度矢量图，从中可看出，叶轮内流体在同一工况下，前后盖板侧流体的速度沿叶轮进口到叶轮出口径向方向逐渐增加。叶轮后盖板入口附近流体有严重的旋涡存在，并且涡的方向与叶轮的旋转方向相反，如图4-6所示，这种现象主要是由惯性引起的。此外，由于受蜗壳截面积不同及隔舌的影响，叶轮内部速度场呈现出非对称性的特点，在叶轮旋转的过程中，小流量工况时在靠近隔舌位置的叶轮流道出口处，流体速度要比远离隔舌的叶轮流道出口处明显大些，而在设计工况和大流量工况时相反，远离隔舌的叶轮流道出口处的速度大些，梯度变化快。
图4-7, 4-8, 4-9分别为四叶片离心泵在0.6Qopt, Qopt, 1.4Qopt工况下叶轮前后盖板侧的静压分布图，从中可以看出，叶轮内流体压力整体上随着流量的增加而减小，且在同一工况下，流体压力在前后盖板侧与速度的变化一致，即沿着叶轮进口到叶轮出口的径向方向逐步增大。由于受到叶片前缘的冲击作用，液体在叶轮出口处压力出现最大值;而在叶轮进口靠近叶片吸力面处存在着明显的低压区，且后盖板侧比前盖板侧更为严重，在这些低压区很容易发生汽蚀现象，其位置与实际情况也非常接近，这必然会影响离心泵的整机性能，其中设计工况下的低压区最为明显。
图4-10, 4-11, 4-12分别为四叶片离心泵在0.6Qopt, Qopt, 1.4Qopt，工况下靠近隔舌部位的叶片压力面和吸力面表面流体的速度矢量图，从中可以看出:流速沿着叶片径向方向速度逐步增加。叶片压力面流体在入口处速度变化梯度较大，不久便增加到很大，然后保持平稳，而吸力面的流速则一直保持较低值，快到出口的时候才有所增加。但是在相同半径上，叶片压力面的速度比吸力面的速度大，由此可以知道，在同一叶轮通道中，从叶片压力面到叶片吸力面的过程中，速度是逐渐减小的，但模拟结果在局部区域也有特殊情况出现，比如小流量工况下吸力面在叶轮出口处的速度就比同半径的压力面的速度大些。此外，三种工况下，叶轮叶片进口压力面都存在一个低速区，且随着流量的增加低速区面积逐渐减小。
图4-13, 4-14, 4-15分别为四叶片离心泵在0.6Qopt, Qopt, 1.4Qopt工况下靠近隔舌部位的叶片压力面和吸力面表面流体的压力图，可以看出:压力分布虽然都具有相同的趋势，即从叶轮进口到叶轮出口逐步增加，但是在叶轮相同的半径上，压力面的压力始终比吸力面的压力要大。此外，吸力面在叶轮叶片进口附近存在较大的负压区，这是由于流体进入叶轮后受到叶片前缘的冲击，在吸力面处产生回流所致。
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3-3蜗壳内部流动分析
图4-16所示为设计工况12.5 m3/h下蜗壳内部速度矢量图，可以看出由于受到叶轮出来的高速流体的影响，在每个叶片出口附近流速比较高，在接近蜗壳内腔底部时速度又逐渐降低。随着流体逆时针方向流动的过程中，由于蜗壳的扩压作用，流速趋于平稳，至扩散段区域以后，流速减小的幅度较大，至蜗壳出口处流速降至最低。特别是在隔舌位置，由于受到较大的冲击，出现了二次流动，流速降低，流动很不稳定，隔舌附近速度矢量如图4-17所示。
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图4-18所示为设计工况12.5 m3/h下的离心泵蜗壳压力分布图。总体上看，蜗壳螺旋线区域除了在局部低压外，沿着流动方向上的压力分布基本稳定，单位体积液体所具有的能量变化梯度较小，比较均匀。在螺旋线区域尾部靠近扩散段的地方，压力有减小的趋势。进入扩散段以后，蜗壳增压作用明显，沿流动方向压力逐渐增大，压强梯度变化相对比较稳定，至扩散段出口处压力达到最大。
图4-19所示为设计工况12.Sm3/h下的离心泵蜗壳截面工至VIII的速度云图。从图中可以看到，每个断面在径向方向上速度呈递减趋势。在蜗壳进口的两侧靠近壁面的地方，速度最大，进口中间位置速度稍小，进入断面以后，流体流动空间突然增大，随之速度迅速减小，而且随着断面面积的增大，速度减小的越来越快，到达壁面附近以后，由于粘性作用的影响，速度减小至很低。且总的来说，各断面平均速度的大小随着截面面积的增大而减小。
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