發(fā)布時間：2018-11-16 21:37

【摘要】：旋流泵結(jié)構(gòu)特殊,內(nèi)部流動十分復(fù)雜,由于其抗纏繞、無堵塞性能好,因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)漿料輸送、城市排污、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域,特別適合于漿料、泥漿的輸送。然而,目前旋流泵的效率普遍偏低,能耗較大,在輸送紙漿時,低效不僅浪費(fèi)了水資源,帶來了環(huán)境污染,同時增加了紙漿輸送能耗。旋流泵葉輪為半開式,葉輪安裝在后泵腔,前泵腔為一個寬廣的無葉腔區(qū),由于無堵塞性要求高,葉輪出口離蝸殼進(jìn)口有一定的距離。因此,旋流泵運(yùn)行時,葉輪前蓋板端面有直接流入流出的現(xiàn)象,無葉腔內(nèi)同時包含著多種復(fù)雜的流動,導(dǎo)致旋流泵的水力損失較大,葉輪對介質(zhì)做功并沒有全部轉(zhuǎn)化為壓能,而是部分能量傳遞到無葉腔的貫通流和循環(huán)流中,這是導(dǎo)致旋流泵的效率和揚(yáng)程低下的主要原因。本文以型號為SCP200-400的原型泵為例,分析比轉(zhuǎn)數(shù)ns=166型旋流泵結(jié)構(gòu)參數(shù),基于正交優(yōu)化設(shè)計法、PCAD優(yōu)化設(shè)計軟件、CPF數(shù)值預(yù)測軟件、PIV粒子成像測速技術(shù)以及壓力脈動試驗等手段,通過多種方法剖析旋流泵內(nèi)部的流動特性,從而研究旋流泵的內(nèi)部流動機(jī)理,研究的主要內(nèi)容和取得的創(chuàng)造性成果如下:(1)以型號為SCP200-400的原型泵為例,結(jié)合其外特性,分析該型號旋流泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并基于CFD數(shù)值計算軟件,通過網(wǎng)格無關(guān)性分析與湍流模型分析,找出該泵的網(wǎng)格數(shù)和較好的湍流模型,為接下來的原型泵優(yōu)化設(shè)計提供基礎(chǔ)。(2)分析原型泵試驗結(jié)果和結(jié)構(gòu)參數(shù),找出影響旋流泵性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù),初步確定葉輪外徑D2、葉片數(shù)Z、葉片寬度6、葉片出口安放角β2、葉片進(jìn)口安放角β1為主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后利用正交試驗法,對每個因素選取四個水平,選用L16(45)正交表,配置出十六種方案,采用PCAD水力設(shè)計軟件,設(shè)計出十六副葉輪水力模型圖,通過前述的CFD數(shù)值模擬方法,對十六種方案進(jìn)行額定工況下的數(shù)值計算,應(yīng)用正交分析法得出各因素對效率和揚(yáng)程的影響規(guī)律,并分析單因素分別對效率和揚(yáng)程的影響主次。為了更準(zhǔn)確地找出影響旋流泵性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù),再次選取小范圍內(nèi)的因素和水平數(shù),進(jìn)行二次正交試驗,最終得出性能較優(yōu)的方案。(3)旋流泵在輸送紙漿、泥沙等介質(zhì)時,固相對主要過流部件產(chǎn)生磨蝕,特別是葉片表面的磨蝕比較嚴(yán)重,導(dǎo)致泵不穩(wěn)定性增加。然而在實際運(yùn)行過程中,由于固相的存在,加上污水的透明度不高,很難通過實驗拍攝手段研究內(nèi)部流場的固相流動和分布情況。因此,通過數(shù)值計算預(yù)測軟件,在額定流量工況下,分別對三種不同粒徑即0.1 mm、0.5 mm及1.0mm,和三種不同的固相體積分?jǐn)?shù)即1%、5%及10%的固液兩相流動進(jìn)行數(shù)值計算,分析其對旋流泵內(nèi)部流動的影響規(guī)律,研究固相對葉輪壁面的磨損情況。(4)為了能更深層次地研究旋流泵的內(nèi)部流動機(jī)理,設(shè)計出三種不同葉輪參數(shù)的模型,加工成模型泵,進(jìn)行外特性試驗,并與數(shù)值計算結(jié)果對比分析�；赑IV粒子成像測速技術(shù),從內(nèi)部流場流動特性出發(fā),探索性研究旋流泵內(nèi)部流動機(jī)理,分析無葉腔中復(fù)雜的流動模型。研究發(fā)現(xiàn),葉片安放角較大時,葉片內(nèi)部更容易產(chǎn)生多種不同的漩渦;當(dāng)葉片安放角減小后,流道變得較狹窄,葉片對液體的束縛力增強(qiáng),在流量不變的情況下,狹窄的流道貫流速度較大,葉片從工作面流入到背面的液體流速被抵消減弱,不容易形成漩渦流動。無葉腔中的相對流動速度是隨著流量的增大而增大的,反過來,我們發(fā)現(xiàn)無葉腔中的絕對流動,即循環(huán)流速隨著流量的增大而減小。無葉腔內(nèi)環(huán)面的循環(huán)流速明顯強(qiáng)于外環(huán)面的循環(huán)流速,且內(nèi)環(huán)面的貫通流為其主要的流動方式。(5)為了從不同角度研究旋流泵內(nèi)部的流動狀態(tài),在模型泵的蝸殼上進(jìn)行鉆孔定位,分別通過試驗研究與數(shù)值預(yù)測兩種方式,研究流場非對稱性流動造成的蝸殼內(nèi)流場的壓力脈動特性,以及蝸殼內(nèi)瞬態(tài)靜壓波動情況,分析旋流泵不穩(wěn)定運(yùn)行的特性。研究發(fā)現(xiàn),蝸殼內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動主頻并非在一倍葉頻區(qū),而是在一倍轉(zhuǎn)頻區(qū)附近,說明造成蝸殼內(nèi)壓力波動較大的主要原因是泵的轉(zhuǎn)頻,而非葉頻。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2336699