發(fā)布時(shí)間：2018-05-20 01:09

  本文選題：低比轉(zhuǎn)速離心泵 + 翼型��； 參考：《江蘇大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：低比轉(zhuǎn)速離心泵是一種特殊的離心泵,通常比轉(zhuǎn)速在30～80之間,具有高揚(yáng)程、小流量、葉輪外徑大、效率較低等特點(diǎn)。當(dāng)葉輪進(jìn)口處的壓力降低到飽和蒸氣壓時(shí)葉片吸力面上就會(huì)發(fā)生空化,引發(fā)一系列的流動(dòng)變化;內(nèi)部變化如非定常湍流脈動(dòng)加劇、空泡的產(chǎn)生與破滅造成液體可壓縮性、葉片載荷的劇烈變化等;外部變化如泵揚(yáng)程的突降、效率下降、運(yùn)行過程中噪聲增大、管路振動(dòng)等。本文以NACA0012翼型和不同形式的低比轉(zhuǎn)速離心泵為研究對(duì)象,采用理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,針對(duì)NACA0012翼型、普通離心泵、低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵、低比轉(zhuǎn)速不銹鋼沖壓焊接離心泵的設(shè)計(jì)方法、空泡流變化、揚(yáng)程下降、葉片載荷變化等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)研究,并逐一分析空化流動(dòng)控制的方案。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果有:(1)對(duì)比分析了 Kunz空化模型和改進(jìn)的Kubota空化模型對(duì)NACA0012翼型的空化求解的適用性,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的Kubota空化模型求解的流場(chǎng)更接近于真實(shí)流動(dòng),為低比轉(zhuǎn)速離心泵的空化求解提供了一種可供選擇的空化模型,基于改進(jìn)的Kubota空化模型和頭部開縫控制技術(shù)針對(duì)NACA0012翼型的空化流動(dòng)進(jìn)行了控制,給出了攻角3°、5°、7°和空化數(shù)0.7和0.8典型的6個(gè)工況下的空化流動(dòng);在小攻角流動(dòng)中,翼型頭部開縫有助于抑制空化的發(fā)生,通過引入高壓流體到吸力面可以改善空化流動(dòng),流線緊貼翼型表面,未發(fā)生流動(dòng)分離;在大攻角流動(dòng)中,開縫的翼型空化流動(dòng)極其復(fù)雜,高壓流體無法對(duì)空泡進(jìn)行有效約束;(2)針對(duì)比轉(zhuǎn)速為93的懸臂式(端吸)直聯(lián)泵,采用改進(jìn)的Kubota空化模型和修正的湍流模型數(shù)值求解了離心泵的空化流動(dòng),探索了空泡演變過程、空泡結(jié)構(gòu)和空泡類型,類比了高速攝影得到的空泡流型,提出了 5種不同形式的空化過程。結(jié)果表明葉片進(jìn)口壓力降低后首先在葉片吸力面頭部形成附著空化,隨著壓力的近一步降低,空泡會(huì)向葉輪前蓋板位置移動(dòng),并附著在前蓋板上對(duì)液流造成阻塞,設(shè)計(jì)工況下初生空化數(shù)和嚴(yán)重空化數(shù)相差一個(gè)數(shù)量級(jí),空泡在子午面上首先出現(xiàn)在后蓋板處,而后附著在前蓋板靠近葉輪出口位置;離心泵大流量下空化使得外特性突降和飛機(jī)穿越結(jié)冰區(qū)升力下降的原因類似,都是因?yàn)槿~片型線發(fā)生了改變引起的。(3)針對(duì)低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵和普通低比轉(zhuǎn)速離心泵的異同點(diǎn),推導(dǎo)了理論上的揚(yáng)程和流量、流量和功率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,分析了葉輪的水力設(shè)計(jì),比較了低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵和低比轉(zhuǎn)速離心泵的關(guān)系,二者相同點(diǎn)是在大流量工況下?lián)P程、效率和功率均突然下降,在葉輪出口位置均有非常明顯的液流尾跡,造成了很大的流動(dòng)損失;不同點(diǎn)在流量的變化對(duì)于揚(yáng)程影響,低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵可以改善小流量超壓的問題;基于偏置短葉片理論對(duì)低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵葉輪進(jìn)行了一次改型,成功控制了葉片出口位置的壓力和速度分布,當(dāng)偏置短葉片伸進(jìn)葉輪軸向旋渦區(qū)可以明顯地提高低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程的揚(yáng)程和效率;基于長(zhǎng)短葉片理論和貝塞爾曲線控制設(shè)計(jì)葉輪方法對(duì)葉輪進(jìn)行二次改型,發(fā)現(xiàn)采用長(zhǎng)短葉片和的葉輪揚(yáng)程普遍高于只有長(zhǎng)葉片的葉輪,設(shè)計(jì)工況下采用貝塞爾曲線設(shè)計(jì)的葉輪效率高于原葉輪;(4)為確定不同形式的開縫對(duì)低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵的影響,采用NACA0012翼型引射流技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了 6種開縫設(shè)計(jì),采用RNG k-ε湍流模型和改進(jìn)的Kubota空化模型對(duì)其空化流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值求解。結(jié)果表明:在大流量工況下運(yùn)行時(shí),低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵外特性突降的原因在于葉片發(fā)生空化后附著空化造成的,改變了葉片型線,堵住了整個(gè)流道,造成了葉片做功能力逐步喪失;選擇合理的開縫寬度和角度,可以使葉輪流道內(nèi)的流動(dòng)更加均勻,湍流減小,提高泵的效率,還可以改善低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵的空化性能,延緩空化的發(fā)生,降低泵的必需空化余量。(5)在低比轉(zhuǎn)速恒揚(yáng)程泵空化流動(dòng)控制的基礎(chǔ)上分析了一款比轉(zhuǎn)速為33低比轉(zhuǎn)速離心泵的空化流動(dòng),并對(duì)其葉片頭部進(jìn)行開縫設(shè)計(jì)。結(jié)果表明:針對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵的數(shù)值預(yù)測(cè)的效率值比試驗(yàn)值高3%左右,預(yù)測(cè)的必需空化余量為1.847m,試驗(yàn)值為1.81m,誤差2.04%;當(dāng)空化余量NPSH=3.064m初生空化時(shí),未開縫葉輪的每一個(gè)葉片吸力面頭部均出現(xiàn)了空泡,開縫葉輪只是在部分葉片頭部出現(xiàn)了空化;當(dāng)空化余量NPSH=1.226m、0.919m時(shí),為完全空化和斷裂空化,開縫對(duì)葉輪空化的控制不明顯,空泡完全占據(jù)了整個(gè)葉輪區(qū)域。(6)以基于5次Hermite插值函數(shù)的不銹鋼沖壓焊接低比轉(zhuǎn)速離心泵CP220A為研究對(duì)象,分析了空化特性,并將頭部開縫技術(shù)在CP220A中進(jìn)行了應(yīng)用,給出了不銹鋼沖壓焊接葉輪工藝流程。研究表明,對(duì)于低比轉(zhuǎn)速不銹鋼沖壓焊接離心泵的空化流動(dòng)求解準(zhǔn)確可靠,該型泵在葉片壓力面上存在明顯的無空化區(qū)域,尤其在設(shè)計(jì)工況靠后時(shí)此現(xiàn)象尤為明顯;縫隙的寬度影響泵的最大流量點(diǎn),縫隙為1mm的3#泵和4#泵、1.5mm的2#泵具有較寬的高效區(qū);合理的開縫可以拓寬泵的運(yùn)行高效區(qū),采用沖壓焊接技術(shù)可以制造出滿足要求的頭部開縫葉輪。
[Abstract]:This paper studies the cavitation flow of NACA0012 airfoil by means of the improved Kubota cavitation model and the modified Kubota cavitation model . The results show that the cavitation is firstly formed on the head of the suction surface of the blade after the blade inlet pressure is decreased , and the cavitation can move toward the front cover plate of the impeller when the pressure of the blade inlet is decreased , and the cavitation number and the severe cavitation number are different by one order of magnitude on the front cover plate , and the cavitation is firstly appeared at the rear cover plate at the meridian plane , and then the cavitation bubbles are attached to the front cover plate near the impeller outlet position ; ( 3 ) For low specific speed constant - lift pump and ordinary low - specific - speed centrifugal pump , the mathematical relationship between head lift and flow , flow and power is deduced . The influence of low specific speed constant - lift pump and low - specific - speed centrifugal pump is analyzed . On the basis of low specific rotation speed constant - lift pump cavitation flow control , the cavitation flow of a centrifugal pump with a specific rotation speed of 33 low specific speed is analyzed .
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1912504