為了分析串列式軸流泵的能量特性以及首次級(jí)葉輪之間的相互作用及其對(duì)能量特性的影響，采用數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)一串列泵內(nèi)不同流量工況下的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算.湍流模型采用了一種RANS/LES的混合模式的FBM模型，基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)值方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示該數(shù)值方法能夠較為精確地預(yù)測(cè)軸流泵的能量特性，F(xiàn)BM湍流模型預(yù)測(cè)結(jié)果精度高于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型.串列泵具有和普通軸流泵不同的能量性:揚(yáng)程隨流量增大單調(diào)減小，功率隨著流量增大而緩慢增大，說明串列泵具有良好的調(diào)節(jié)特性;首級(jí)葉輪的能量特性隨流量變化而改變，具有和普通軸流泵幾乎相同的能量特性，次級(jí)葉輪的存在明顯改善了首級(jí)葉輪在小流量工況下的特性;次級(jí)葉輪的能量特性和普通軸流泵相比，具有較大差別，這是由于首級(jí)葉輪的存在改善了次級(jí)葉輪的進(jìn)口流動(dòng)，使次級(jí)葉輪在較大流量范圍內(nèi)具有恒定的能量特性.

　　串列葉柵是指多排葉柵直接相連的布置方式.由于串列葉柵具有可控制載荷分配以及靈活的氣動(dòng)特性等優(yōu)點(diǎn)，已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用.在水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，串列式螺旋槳也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水下推進(jìn)裝置.采用串列葉柵，調(diào)整前后葉柵的載荷不僅可以控制載荷分配，改變水力機(jī)械的能量特性，還可以大幅度提升水力機(jī)械的空化性能，真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為，帶誘導(dǎo)輪的渦輪泵可以提高空化性能.串列泵是一種采用串列葉柵的軸流泵，和普通的雙級(jí)泵相比，由于減少了首、次級(jí)葉輪之間的導(dǎo)葉而顯著減小了泵級(jí)的軸向尺寸和質(zhì)量，使得串列泵具有結(jié)構(gòu)緊湊和功率密度高的特點(diǎn).又由于兩級(jí)動(dòng)葉輪直接串聯(lián)以及首、次級(jí)葉輪流動(dòng)的相互作用，會(huì)導(dǎo)致首、次級(jí)葉輪流場(chǎng)變化，因此串列泵具有和一般水泵不同的能量特性.

　　串列葉柵理論的研究和應(yīng)用都取得了一定成果.HiroakiHasegawa等設(shè)計(jì)了1種適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高載荷串列翼型，并進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明在設(shè)定轉(zhuǎn)速下單級(jí)串列葉柵可以達(dá)到2.2的壓比.Caon等對(duì)二維串列葉柵周圍流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定常計(jì)算，分析了串列葉柵之間的相互作用，結(jié)果和已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合.國(guó)內(nèi)學(xué)者在基于串列葉柵理論的水力機(jī)械上的研究也取得了一定成果.上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所研制的串列螺旋槳，經(jīng)試驗(yàn)表明在重負(fù)荷、限制直徑的條件下，推進(jìn)效率比普通螺旋槳有較大提高.王立祥等采用升力法設(shè)計(jì)了串列式軸流泵葉輪，并通過試驗(yàn)研究了兩級(jí)載荷分配、環(huán)量分布等相關(guān)參數(shù)對(duì)串列式軸流泵性能的影響.Yu等對(duì)2個(gè)已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的軸流式葉輪進(jìn)行簡(jiǎn)單串聯(lián)后形成串列式軸流泵，計(jì)算了其內(nèi)部流場(chǎng).以上研究雖然取得了一定的成果，但串列葉柵的首、次級(jí)葉柵之間的相互作用以及其各自特點(diǎn)對(duì)于整體葉柵的影響仍沒有完全掌握.

　　為了分析串列泵的能量特性以及首、次級(jí)葉輪的相互作用，文中以1個(gè)串列泵為研究對(duì)象，基于FBM湍流模型對(duì)不同工況下的泵內(nèi)三維流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證.

1、數(shù)值計(jì)算

　　1.1、控制方程

　　在以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的葉輪中，考慮了離心力和科氏力的三維、定常、不可壓縮的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程分別為

結(jié)論

　　1)串列泵揚(yáng)程隨流量的增大而單調(diào)減小，功率隨流量的增大而緩慢增大，因此具有良好的調(diào)節(jié)特性.

　　2)首級(jí)葉輪的能量特性隨流量變化而改變，具有和普通軸流泵幾乎相同的能量特性，但次級(jí)葉輪的存在明顯地改善了首級(jí)葉輪在小流量下的特性.

　　3)由于首級(jí)葉輪的存在，次級(jí)葉輪在設(shè)計(jì)的流量范圍內(nèi)具有恒定的能量特性.