移动泵站轴流泵设计优化：流场模拟与计算流体力学分析

"本文详细探讨了应急抢险移动泵站中轻载型轴流泵的设计与研发过程，重点关注了轴流泵的流场模拟计算、优化设计以及实际性能验证。" 在应对自然灾害，尤其是洪涝灾害时，应急抢险移动泵站扮演着至关重要的角色，因为它们可以快速部署并提供强大的排水能力。轴流泵作为移动泵站的核心部件，其设计必须兼顾大流量和高扬程的需求，以适应各种复杂环境下的排涝任务。本文针对这一特殊需求，深入研究了轴流泵的流体动力学特性。 首先，作者通过计算流体力学（CFD）技术对轴流泵进行了多工况全流道的三维湍流模拟。利用RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）方程和SA（Spalart-Allmaras）紊流模型，结合Numeca软件进行网格划分，对给定的轴流泵模型进行了详细的流场分析。计算结果显示，尽管原始模型的效率较高，但不同工况下存在涡旋和二次回流等不稳定流动现象，这些现象可能影响泵的性能和效率。 接着，文章探讨了轴流泵关键参数对其性能的影响。通过对叶片数、叶顶间隙等参数的调整，研究了这些变化如何影响轴流泵的性能曲线。例如，改变叶片数可以调整流量和扬程，而叶顶间隙的大小则直接影响泵的压力分布和泄漏损失。此外，还比较了有无导叶对流场结构的差异，导叶的存在有助于改善流体流动的稳定性，提升泵的整体效率。 在优化设计阶段，采用了独立压力面和吸力面型线的方法优化叶轮叶片，同时，导叶叶片采用中弧线和厚度分布型线进行优化。这些优化策略显著提升了轴流泵的性能，表明Numeca/Design3D软件在轴流泵优化设计中的应用具有显著效果。 为了验证数值模拟的准确性，研究团队在无锡锡泵制造有限公司的实验室平台上对原型泵进行了性能测试。实验结果与模拟计算吻合良好，这为轴流泵的叶轮和导叶叶片型线设计提供了坚实的理论基础和实验数据支持。 总结来说，该研究不仅深入研究了轴流泵的流场特性，还提出了有效的优化设计方案，为应急抢险移动泵站的性能提升提供了重要的理论指导和技术支持。关键词包括：移动泵站、轴流泵、流场模拟、计算流体力学、叶型优化、Numeca和Design3D。这项工作对于提升我国防洪排涝应急能力，尤其是在城市内涝治理方面，具有重要的实践意义。