本文關(guān)鍵詞：壓力梯度對離心泵葉輪性能影響的研究

  更多相關(guān)文章： 離心泵 壓力梯度 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：離心泵葉輪流道內(nèi)的壓力梯度是影響速度場分布的重要因素,而速度場的分布直接決定了葉輪性能的高低,因此在葉輪的水力設(shè)計中需考慮壓力梯度對流動的影響。本文采用理論分析與數(shù)值計算相結(jié)合的方法研究了壓力梯度對離心泵葉輪性能的影響。首先從理論上闡述了無壓力梯度、順壓力梯度及逆壓力梯度對流動的影響,理論分析表明:不同形式的壓力梯度與流動的關(guān)系可以歸納為液體所受表面力與慣性力的相互作用問題。逆壓梯度環(huán)境下,液體所受表面力與慣性力相反,對流動起阻礙作用,同時能加速邊界層分離。其次應(yīng)用CFD技術(shù),對幾種不同幾何形狀的漸擴(kuò)管進(jìn)行了內(nèi)流場計算,從速度分布和水力損失兩方面,闡述了不同分布規(guī)律的壓力梯度對漸擴(kuò)管內(nèi)流動及其水力性能的影響,結(jié)果表明:漸擴(kuò)管內(nèi)過流面積分布是影響其內(nèi)部壓力梯度分布的主要因素。壓力梯度越小,漸擴(kuò)管水力性能越佳。離心泵葉輪流道內(nèi)壓力梯度取決于流道長度和流道內(nèi)過流面積分布,改變?nèi)~片幾何參數(shù)是控制葉輪流道長度和流道內(nèi)過流面積分布的最直接手段。以比轉(zhuǎn)速為63的單級單吸離心泵為研究對象,以降低葉輪流道內(nèi)壓力梯度為目標(biāo),通過調(diào)整葉片包角和進(jìn)出口安放角的方式,研究了影響葉輪流道內(nèi)壓力梯度分布規(guī)律的主要因素,以及壓力梯度與葉輪水力效率之間的關(guān)系。主要研究過程及結(jié)論如下:(1)保證葉片進(jìn)出口安放角不變調(diào)整葉片包角。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)葉片進(jìn)出口安放角不變時,隨著葉片包角增加流道延長,出口與進(jìn)口的過流面積比隨之增加;流道各位置上過流面積減小,均呈現(xiàn)出先減小再增加的過流面積分布規(guī)律;各新設(shè)計的水力模型葉輪流道內(nèi)壓力梯度分布較為相似,呈線性遞增規(guī)律;保持葉片進(jìn)出口安放角不變只增大葉片包角,并不能有效改善流道內(nèi)的壓力梯度分布情況;由于壁面摩擦損失增多和流道的排擠效應(yīng)增強,葉輪水力效率隨包角的增加而下降;(2)增大葉片包角的同時調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角。研究發(fā)現(xiàn):葉片包角增大的同時調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角,以使葉片型線成光滑過渡,流道進(jìn)一步延長,出口與進(jìn)口的過流面積比隨之減小;由于流道出口過流面積顯著減小,從而產(chǎn)生不同的過流面積分布規(guī)律;流道前部的壓力梯度基本不受影響,從流道中后部開始,隨著葉片包角的增大壓力梯度明顯降低,葉輪水力效率隨之提升;(3)葉片包角不變調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角。研究發(fā)現(xiàn):葉片包角不變時,隨著進(jìn)出口安放角的減小,流道長度基本不變,出口與進(jìn)口的過流面積比隨之減小;出口角對過流面積的影響遠(yuǎn)大于進(jìn)口角;隨著流道出口與進(jìn)口的過流面積比減小,流道中后部壓力梯度相應(yīng)降低,葉輪水力效率進(jìn)一步提升。通過系統(tǒng)研究表明,流道壓力梯度分布是制約葉輪性能的重要因素。流道內(nèi)的壓力梯度分布規(guī)律由過流面積分布規(guī)律決定,葉片包角和葉片出口安放角是影響過流面積分布規(guī)律的主要因素。在一定范圍內(nèi)增大葉片包角并減小出口安放角,能夠有效降低流道中后部的壓力梯度,不僅能延緩或避免邊界層分離現(xiàn)象的發(fā)生,同時可以改善速度場分布,減小速度梯度,從而降低葉輪內(nèi)的水力損失,提高葉輪效率。最后,基于降低流道內(nèi)壓力梯度的葉輪水力設(shè)計方法,對一臺節(jié)段式多級離心泵的首級與次級葉輪進(jìn)行水力研發(fā),并進(jìn)行了試驗驗證,結(jié)果表明:所設(shè)計的多級泵各項指標(biāo)正常,滿足設(shè)計要求,并具有較寬的高效區(qū)。CFD預(yù)測曲線與試驗性能曲線高度吻合,驗證了數(shù)值計算方法的準(zhǔn)確性,更是驗證了壓力梯度對葉輪性能影響研究成果的可靠性與可行性。本文的結(jié)論加深了對流體機(jī)械內(nèi)流機(jī)理的認(rèn)知程度,為離心泵葉輪水力研發(fā)和優(yōu)化設(shè)計提供重要的參考信息,具有較高的工程應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：離心泵 壓力梯度 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第1章 緒論13-18
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 葉輪內(nèi)部流動特征研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 葉輪幾何參數(shù)變化對流動及其性能影響研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容16-17
• 1.4 研究方法17
• 1.5 創(chuàng)新點17-18
• 第2章 數(shù)值模擬方法概述18-30
• 2.1 CFD基本理論18-25
• 2.1.1 流動控制方程18-21
• 2.1.2 湍流模型21-22
• 2.1.3 離散方法與離散格式22-23
• 2.1.4 SIMPLE算法23-25
• 2.2 研究對象25-26
• 2.3 邊界條件26-27
• 2.4 可靠性驗證27-28
• 2.5 計算結(jié)果后處理28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 壓力梯度對流動影響概述30-39
• 3.1 壓力梯度對流動的影響30-32
• 3.1.1 庫埃特流動30-31
• 3.1.2 壓力梯度對邊界層分離的影響31-32
• 3.2 逆壓梯度對流動的影響32-38
• 3.2.1 過流面積不同的變化趨勢對流動的影響32-36
• 3.2.2 出口與進(jìn)口面積比對流動的影響36-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第4章 壓力梯度對離心泵葉輪性能的影響39-54
• 4.1 技術(shù)路線39-40
• 4.2 葉片進(jìn)出口安放角不變調(diào)整包角40-43
• 4.3 同時調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角和葉片包角43-46
• 4.4 葉片包角不變調(diào)整葉片進(jìn)出口安放角46-49
• 4.5 壓力梯度對葉輪內(nèi)流場結(jié)構(gòu)的影響49-53
• 4.5.1 壓力梯度對邊界層分離的影響50-51
• 4.5.2 壓力梯度對速度梯度的影響51-53
• 4.6 本章小結(jié)53-54
• 第5章 基于低壓力梯度的離心泵葉輪水力設(shè)計應(yīng)用54-61
• 5.1 幾何結(jié)構(gòu)54-55
• 5.2 設(shè)計參數(shù)55-56
• 5.3 性能預(yù)測及分析56-58
• 5.3.1 外特性預(yù)測56-57
• 5.3.2 內(nèi)流場分析57-58
• 5.4 試驗驗證58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-61
• 結(jié)論與展望61-63
• 結(jié)論61-62
• 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68-69
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1077140