广一水泵厂丨凹坑坑口形状对广一离心泵流场的影响

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通过对各组模型压力分布趋势的观察，发现凹坑坑口形状对液膜表面的压力分布情况有着显著影响。为研究此因素的影响，广一水泵厂采用直径0.8mm、深径比为1:12,其他因素均采用同一数值，分别建立坑口形状为圆形，正方形，三角形，这三种模型；其中圆形坑口形状包括柱坑，锥坑；三角形坑口形状包括柱坑，锥坑；正方形坑口形状包括柱坑，锥坑。此处并未取球形坑，其原因是坑口形状为三角形、正方形、扇形的凹坑其球状坑无法建立，球坑与其他模型对比时无法保证因素变化的单一性，因此主要采用各个因素容易控制的柱坑与锥坑。对以上模型分别进行仿真分析，得到如下结果。
图1为圆形坑口形状的锥坑与柱坑的压力分布情况；图2为液膜表面压力的山峰图，更直观的看出两种不同坑形液膜表面压力分布状态的区别；图3为沿半径60mm圆周曲线上的压力变化情况，据此可以观测凹坑内部液膜的压力变化情况。
图1中a)图为圆锥坑，b)图为圆柱坑。从a)图中可以看出，液膜表面高压区出现在凹坑前沿附近，低压区处在在凹坑后沿附近；高压区附着于坑口边缘曲线，并且沿着运动方向向非凹坑去扩展一段距离，进而影响非凹坑区域的压力分布；低压区同样附着于坑口边缘曲线，沿运动相反方向向非凹坑去扩展一段距离，影响非凹坑区域的压力分布。从图b)中可以看出，液膜表面高压区域集中于柱坑坑顶前沿，此处的高压区域并未向非凹坑区域扩散，与凹坑前沿接触的光滑区域反而出现了低压区，这是因为柱坑截面形状为矩形，液体流过凹坑前沿时其流动方向变化剧烈，在凹坑前沿处形成微小漩涡，因此在凹坑前沿附近的光滑区域形成了局部低压。凹坑后沿处的低压分布情况与圆锥坑相类似。从图中可以看出，柱坑高压集中与柱顶面曲线上，锥坑高压区分布于凹坑前沿曲线附近区域；因此即使柱坑高压力高于锥坑，但液膜表面整体压力依然是坑高于柱坑。如曲线图所示，锥坑压力在凹坑后沿处于低，随后迅速上升，在锥坑深点处出现局部的高压区域之后略有下降，继续上升，在凹坑前沿处压力达到高；然后压力在光滑区域下降至第二个凹坑后沿处达到低，之后继续上升，循环往复。柱坑压力在凹坑后沿处达到低，之后压力上升，在达到凹坑中心附近处其压力变化平稳缓慢上升，距离凹坑前沿约0.02mm处压力达到12000Pa,之后压力略有下降，在柱坑前沿处压力骤然升高，高压集中于柱顶面前端曲线上，后压力急速下降至于凹坑后沿相仿，循环往复。可以看出锥坑凹坑内部压力都是沿着运动方向逐渐增大，柱坑亦是如此，但是柱坑压力有明显激增情况。
通过大量相似模型的仿真结果分析，可以看出，带有凹坑的非光滑表面其压力分布具有一定规律，即广一离心泵内非光滑表面的高压区与低压区总是附着于坑口曲线的一部分;并且高压区出现在沿运动方向前端，低压区出现在沿运动方向后端。依据这种现象，本文采用坑口形状为三角形的凹坑进行仿真分析，在模型的建立过程中使三角形的一条边与运动方向垂直，其余因素均与坑口形状为圆形、正方形相同。
坑口形状为三角形的锥坑，其液膜表面高压区的分布状态与坑口形状正方形相类似，但其低压区分布状态却有所不同，低压力出现在三角形的一个顶点处，且低压区以这个顶点为圆心向四周扩散；与坑口形状为正方形、圆形相比，液膜表面低压区所占有的面积明显减少，有利于提高液膜的支撑力。通过对比还发现，坑口形状为三角形的液膜其高压区附着于一条直线，与圆形相比无论其压力分布的范围还是向光滑区域扩散的广度，直线都没有曲线。为此本文在采用坑口形状为扇形的凹坑进行仿真分析，其凹坑形状同样为锥坑与柱坑。
坑口形状为扇形的凹坑不但具有圆形凹坑高压区分布范围广，向光滑区域扩散范围大的优点，而且也有三角形凹坑低压区所占面积小的优点。综合以上因素，坑口形状为扇形的凹坑，其液膜表面压力分布情况好于圆形、正方形、三角形凹坑。对以上四组模型比较分析，发现带有锥坑的非光滑表面高压分布区域明显大与带有柱坑的非光滑表面。带有柱坑的非光滑表面高压力大与锥坑，低压力也低于锥坑，综合以上因素通过对大量广一化工泵模型仿真结果的对比分析，在以其他因素均相同的情况下，带有锥坑的非光滑表面与带有柱坑的非光滑表面相比，其液膜承载力略大。
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