分流叶片对双吸泵作涡轮机水力性能及内部能量耗散的影响研究

《Energies》：Influence of Splitter Blades on Energy Loss Redistribution and Flow Mechanisms in a Double-Suction Pump as Turbine

　　

摘要

为了阐明分流叶片对双吸泵作涡轮机（PAT）水力性能和内部能量耗散的影响，建立了普通 PAT 和带分流叶片 PAT 的全流道 CFD 模型，并进行了实验验证。在不同构型最佳效率点（BEP）流量处的同流量交叉对比，区分了几何效应和流量效应。利用熵产、局部熵产率（LEGR）、湍动能（TKE）和径向流动特性分析了叶轮损失的再分布。分流叶片将最佳效率点流量从 1350 m³/h 移至 1708 m³/h，增加了 26.52%，并将最高效率从 85.61% 提高至 87.72%。湍流熵产和壁面熵产主导了损失，而直接粘性熵产的贡献不到 1%。在原型机最佳效率点流量下，区域 I–O 的归一化体积熵产系数降低了 10.31%；在带分流叶片构型的最佳效率点流量下，降幅达到 60.71%，其中区域 M 降低了 66.33%，提供了主要的绝对损失减少量。在较高流量下，分流叶片限制了低速区域的横向扩展，削弱了大规模分离和连续的高 LEGR 剪切结构，并将剩余的高损失区域限制在叶片前缘、分流叶片尾迹和局部流动重组区。这些结果表明，分流叶片通过抑制与分离和剪切相关的体积耗散并重新分配叶轮能量损失，提高了高流量下的性能。