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万博ANSYS的博客

2020年1月30日

泵汽蚀的成因及预防方法

泵、叶轮和螺旋桨是日常基础设施的基本组成部分。他们让发电厂、船只和生产设施在世界各地运转。

对于设计和使用这些机器的工程师来说，一个主要的问题是避免空化，即流体发生突然的相位变化，可能会物理破坏机制。


泵气蚀会损害内部机构。

为了防止这种情况，工程师需要确保正确的设备安装在正确的系统中。模拟是一种经济有效的解决方案，可以优化泵的设计和配置，以避免意外的相位变化。


什么导致空化?

当压力迅速下降到蒸汽压以下时，流体中形成气泡或空隙，就会发生空化。当气泡承受更高的压力时，它们会破裂，产生小冲击波，随着时间的推移，这些冲击波会损坏部件。当这些压力波在零件上打出小孔时，这被称为点蚀。


螺旋桨因空化而凹陷

噪声、振动和性能下降是泵汽蚀的良好指标。当这些警告信号开始出现时，工程师应该检查设备，看看是否有凹坑形成。

点蚀是工程师最关心的问题之一。这是因为随着坑的增长和繁殖，它们会降低泵的寿命和效率。

汽蚀对泵的影响

但是，工程师们希望减少设备中气泡的形成还有其他原因。例如，压力波会产生振动，导致其他部件失效，比如轴承。

由于泵空化也会影响设计的流量和效率，工程师将不得不增加功耗以保持吞吐量。这导致温室气体和燃料成本的增加。


如何防止泵汽蚀

防止泵发生汽蚀的最好方法是增加泵叶轮上游的压力。这个压力被称为净正吸入压头(NPSH)。


一个万博Ansys EnSight可视化的油量在老年轮泵显示
齿轮壁上的空化程度(红色)。

工程师提高NPSH的一些方法:

  • 提高上游水库水位
  • 添加一个诱导器到泵入口
  • 优化叶轮设计
  • 尽量减少上游流动损失
  • 以较低的流量运行泵

在设计阶段，工程师不太可能知道如何在给定的安装中设置泵。因此，他们使用计算和模拟来测试各种配置，为最终用户提供适当的NPSH评级。这些额定值有助于将泵与设备配对。

传统上，工程师们使用瑞利-普莱斯特方程来模拟气泡的形成。挑战在于，这些结果是经验性的，如果输入参数调整不当，可能会返回不现实的结果。

或者，工程师可以使用平衡相变模型万博Ansys排名模拟空化。它利用材料的性质来预测气泡的形成，而没有经验数据。因此，它不需要调整瑞利-普莱斯特方程来产生准确的结果。

然后工程师可以参数化模拟，这样他们就可以通过各种配置快速循环他们的设计，以产生NPSH评级。他们还可以创建一个图表，显示由于突然的相位变化，NPSH的减少将如何降低泵产生的扬程。

要了解平衡相变模型，请查看此应用简介:空化:一个关键的CFD应用程序，你必须得到正确的．

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