發(fā)布時間：2018-08-24 09:15

【摘要】：混流泵具有流量大、效率高、抗汽蝕性能強等特點,廣泛應(yīng)用于農(nóng)田排灌、市政工程、石油化工、國防軍工等領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟建設(shè)和國防工程中發(fā)揮著重要作用。由于制造、裝配、磨損等因素影響,混流泵運行過程中通常存在偏心,而葉輪的偏心運轉(zhuǎn)將使得葉頂間隙沿圓周方向分布不均并導(dǎo)致各葉片所受負(fù)載不等和周向壓力分布不均,由此產(chǎn)生了一種垂直于葉輪偏心方向的橫向流體激振力,即Alford力。間隙激振力能夠加強轉(zhuǎn)子渦動,誘使葉輪發(fā)生自激振動。因此,研究 Alford效應(yīng)‖下混流泵內(nèi)部的非定常流動特性對提高混流泵的運行穩(wěn)定性和性能具有重要的意義。本文在國家自然科學(xué)基金項目 大型混流泵Alford效應(yīng)下的穩(wěn)定性研究(項目編號:51409127)‖等的資助下完成。通過對一臺導(dǎo)葉式混流泵的等比例縮放模型,基于數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方式,研究了混流泵在偏心運行過程中的內(nèi)部流動特性,分析了混流泵非均勻輪緣間隙流場結(jié)構(gòu)和壓力脈動的時域和頻域響應(yīng)、影響葉輪徑向流體激振力的相關(guān)因素。研究的主要內(nèi)容和取得的成果如下:(1)建立了二維偏心直葉片葉輪的旋轉(zhuǎn)模型,采用動網(wǎng)格方法通過自編二維偏心葉輪渦動旋轉(zhuǎn)的UDF程序,求解了不同渦動頻率比和不同偏心距下二維偏心直葉片葉輪的內(nèi)流場。同時,運用動網(wǎng)格方法,分析了混流泵偏心葉輪不同軸截面位置處的靜壓分布和速度場分布。研究結(jié)果表明,渦動頻率比和偏心距對二維渦動流場產(chǎn)生較大影響。渦動頻率比的增加,流場壓力和速度場分布不均衡程度增大,流道中出現(xiàn)更多旋渦、回流等二次流動,流動損失增加。隨著偏心距的增加,葉片輪緣小間隙方向高壓區(qū)也隨之增大,葉片吸力面前緣處的低壓區(qū)沿圓周方向呈不規(guī)則分布,流道內(nèi)低速區(qū)面積不斷增大,加劇了葉輪流道內(nèi)流場的不穩(wěn)定性。(2)基于 多區(qū)域動態(tài)滑移方法‖模擬了Alford效應(yīng)下混流泵非均勻輪緣間隙定常流場,重點分析了不同偏心距下混流泵外特性、葉片表面靜壓分布和湍動能分布以及輪緣間隙流場的流線分布。研究結(jié)果表明,當(dāng)混流泵葉輪出現(xiàn)偏心時,在設(shè)計流量工況附近混流泵的揚程略有降低,效率下降明顯,相比不偏心混流泵效率,偏心混流泵的效率下降了約6.5%。隨著偏心距增大,壓力分布的整體趨勢變化不大,但偏心一側(cè)的葉片出口輪緣處高壓區(qū)明顯增大;葉片輪緣處的湍動能區(qū)域明顯增多,在偏心一側(cè)葉片的下級葉片輪緣也出現(xiàn)了高湍動能區(qū)。隨著偏心距的增加,大間隙葉片輪緣泄漏渦尺度不斷增大,嚴(yán)重干涉主流運動,小間隙輪緣泄漏流影響有所減小,但泄漏流周向分布呈現(xiàn)不均衡趨勢。從整體上看,非均勻輪緣間隙增加了能量損耗,影響了混流泵的效率。(3)基于混流泵非均勻輪緣間隙的非定常數(shù)值計算,獲取了混流泵葉輪內(nèi)部不同監(jiān)測點處的壓力脈動以及不同偏心距參數(shù)和不同渦動頻率比下葉輪所受Alford力的分布。研究結(jié)果表明,在不同偏心距參數(shù)下,從葉輪進口到裝置出口,各個監(jiān)測點處的壓力脈動頻域幅值先增大后減小,在葉輪附近的監(jiān)測點,壓力脈動系數(shù)頻域幅值均較高。沿著流體流動方向,不同偏心距參數(shù)下各監(jiān)測點處的壓力波動頻率幅值迅速增加,分頻成分增多。不同偏心距參數(shù)下葉輪葉片輪緣所受的Alford力平均值相差不大,隨著流量工況偏離設(shè)計流量工況,偏心葉輪所受的Alford力的平均值明顯增加;在相同渦動頻率比下,偏心距越大葉輪所受的Alford力越大,混流泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行越不穩(wěn)定。(4)建立混流泵非均勻輪緣間隙流場的試驗測量系統(tǒng),通過試驗測量分析了不同偏心距參數(shù)下混流泵的能量性能,并基于DANTEC公司的商業(yè)PIV系統(tǒng)試驗研究了混流泵葉輪和導(dǎo)葉動靜干涉區(qū)的流場,探索混流泵偏心葉輪內(nèi)部的流體流動狀態(tài)。研究結(jié)果表明,隨著偏心距增大,混流泵效率下降非常明顯,設(shè)計流量工況點附近的揚程也存下降趨勢。非均勻輪緣間隙造成了葉輪內(nèi)流場的紊亂,葉輪流道內(nèi)的回流、渦流等二次流現(xiàn)象增多,尤其對靠近轉(zhuǎn)輪室端壁區(qū)的流場影響較大,易形成強度較高、尺度較大的旋渦結(jié)構(gòu),造成能量損失。隨著偏心距增加,非均勻輪緣間隙流場的不穩(wěn)定程度隨著增加,導(dǎo)致流場進一步惡化,進而造成了混流泵效率的顯著下降。隨著流量增加,旋渦結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生位置也由拍攝截面中部向轉(zhuǎn)輪室端壁區(qū)和葉輪輪轂方向移動。
[Abstract]:......
【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】：2017
【分類號】：TH313

【參考文獻】

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本文編號：2200338