本文關(guān)鍵詞：高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵三元水力設(shè)計及數(shù)值模擬

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【摘要】：混流泵因其揚(yáng)程適中、流量較大、適用范圍廣等特點(diǎn),在國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而相比于離心泵和軸流泵,混流泵的設(shè)計開發(fā)依然沒有成熟的理論體系,特別是針對高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵,國內(nèi)外對其研究甚少,缺乏可靠的水力模型。蝸殼式混流泵具有軸向尺寸短、機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)勢,因此深入開展高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵的水力設(shè)計研究成為必然。傳統(tǒng)混流泵的水力設(shè)計方法通常借用離心泵的一元理論設(shè)計方法和軸流泵的奇點(diǎn)法與升力法,這些方法不僅要求設(shè)計者有充分的水力設(shè)計經(jīng)驗(yàn)并且需要大量的時間和成本對模型進(jìn)行反復(fù)修改和試驗(yàn)。本文結(jié)合工程實(shí)際需要應(yīng)用準(zhǔn)正交面三元流動理論方法完成了比轉(zhuǎn)速為603的蝸殼式混流泵的水力設(shè)計,并分別通過三維定常和非定常數(shù)值模擬計算,研究其內(nèi)部流場特性和壓力脈動特性,以驗(yàn)證三元流動水力設(shè)計方法的可靠性,并為混流泵的穩(wěn)定運(yùn)行提供支撐。本文主要研究內(nèi)容如下:1.根據(jù)準(zhǔn)正交面三元流動計算,由三個運(yùn)動方程和一個連續(xù)性方程,建立速度梯度方程,并將速度梯度方程分解成三個方向來求解流體質(zhì)點(diǎn)速度,從而探索葉輪流場正問題計算方法。2.以速度系數(shù)法確定葉輪基本尺寸以及軸面投影圖,給定“S”型速度矩分布規(guī)律對葉片型線方程進(jìn)行積分,完成初始葉輪設(shè)計。并以MATLAB為開發(fā)平臺編寫程序?qū)Τ跏既~輪進(jìn)行正反問題迭代運(yùn)算直到收斂,從而完成葉輪的最終設(shè)計。3.采用PRO/E對所設(shè)計混流泵葉輪、蝸殼、進(jìn)出口延長段進(jìn)行三維建模和裝配,將模型導(dǎo)入ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分,結(jié)合CFX在不同工況下進(jìn)行三維定常數(shù)值模擬,并作外特性分析。4.以設(shè)計工況下定常計算結(jié)果為初始條件,選取該泵內(nèi)部流道各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行三維非定常數(shù)值模擬,并通過時域圖和頻域圖研究其內(nèi)部流場壓力脈動特性。通過以上工作得出如下結(jié)論:1.根據(jù)定常模擬結(jié)果所得泵內(nèi)流場流線圖、靜壓云圖可以看出,該泵在設(shè)計工況和小流量工況下流線光滑合理,靜壓分布均勻有對稱性,內(nèi)部流動比較平穩(wěn),通過與采用速度系數(shù)法設(shè)計的原型泵水力性能對比,新型泵在設(shè)計工況點(diǎn)效率有了提高。2.在高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵的水力設(shè)計過程中,采用“S”型速度矩沿流線的分布規(guī)律得到了合理的結(jié)果,為后續(xù)開展系列的高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵的設(shè)計奠定了理論和方法基礎(chǔ)。3.通過非定常模擬所得泵流道內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)壓力脈動特性表明,葉輪內(nèi)流動比較復(fù)雜,并受到軸頻和葉頻雙重影響,壓力脈動周期性從葉輪進(jìn)口到出口逐漸趨于穩(wěn)定;蝸殼內(nèi)葉頻占主導(dǎo)地位,壓力脈動波形穩(wěn)定,周期性良好,振幅沿著蝸殼輪廓線從隔舌處往蝸殼出口方向依次減弱,并隨徑向距離的增加而衰減。4.本文采用準(zhǔn)正交面三元流動理論方法設(shè)計了高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵,數(shù)值計算結(jié)果表明該方法使泵內(nèi)部流場更接近其真實(shí)三維流場,可以更好地滿足對高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
【關(guān)鍵詞】：蝸殼式混流泵 三元理論 水力設(shè)計 正反問題 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH313
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 混流泵分類12-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析13-17
• 1.3.1 混流泵研究進(jìn)展13-14
• 1.3.2 三元理論研究進(jìn)展14-16
• 1.3.3 CFD的發(fā)展及其在水泵設(shè)計中的應(yīng)用16-17
• 1.4 本文主要內(nèi)容17-18
• 第二章 混流泵三元流動計算18-30
• 2.1 泵內(nèi)三元流動理論概述18-19
• 2.2 三元流動計算基本方程19
• 2.3 三元流動準(zhǔn)正交面計算19-29
• 2.3.1 計算方法定義20-21
• 2.3.2 方向?qū)?shù)公式推導(dǎo)21-27
• 2.3.3 流量積分27
• 2.3.4 流量等分反插27-28
• 2.3.5 流線校正28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 混流泵葉輪三元水力設(shè)計30-43
• 3.1 概述30
• 3.2 速度系數(shù)法設(shè)計初始葉輪30-37
• 3.2.1 泵性能參數(shù)確定30-31
• 3.2.2 泵幾何參數(shù)確定31-33
• 3.2.3 軸面流線的繪制33-35
• 3.2.4 葉片繪型35
• 3.2.5 速度矩分布規(guī)律35-36
• 3.2.6 葉片加厚36-37
• 3.3 葉輪正反問題迭代程序設(shè)計37-42
• 3.3.1 MATLAB簡介37-39
• 3.3.2 迭代計算39-42
• 3.4 本章小節(jié)42-43
• 第四章 高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵定常流動數(shù)值模擬43-56
• 4.1 概述43
• 4.2 控制方程與湍流模型選擇43-45
• 4.2.1 控制方程43-44
• 4.2.2 湍流模型44-45
• 4.3 計算模型建立及網(wǎng)格劃分45-49
• 4.3.1 葉輪三維造型45
• 4.3.2 蝸殼設(shè)計45-46
• 4.3.3 計算模型建立46-47
• 4.3.4 網(wǎng)格劃分47
• 4.3.5 網(wǎng)格無關(guān)性檢查47-48
• 4.3.6 定常數(shù)值模擬基本設(shè)置48-49
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析49-54
• 4.4.1 泵內(nèi)流場速度分析49-50
• 4.4.2 泵內(nèi)流場靜壓分析50-51
• 4.4.3 葉輪葉片表面靜壓分析51-53
• 4.4.4 速度矩分布規(guī)律驗(yàn)證53-54
• 4.4.5 水力性能對比54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第五章 高比轉(zhuǎn)速蝸殼式混流泵非定常流動數(shù)值模擬56-64
• 5.1 概述56
• 5.2 非定常計算基本設(shè)置56-58
• 5.2.1 非定常計算參數(shù)設(shè)置56
• 5.2.2 壓力脈動監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置56-58
• 5.3 壓力脈動分析方法58-59
• 5.3.1 時域法58
• 5.3.2 頻域法58-59
• 5.4 混流泵壓力脈動特性分析59-63
• 5.4.1 壓力脈動時域特性59-61
• 5.4.2 壓力脈動頻域特性61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第六章 總結(jié)與展望64-67
• 6.1 工作總結(jié)64-65
• 6.2 工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 致謝72-73
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文73

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