【摘要】：大功率軸流泵在跨流域調(diào)水、洪澇排水、地區(qū)灌溉等方面發(fā)揮著重要作用。國內(nèi)軸流泵的研制水平與國外相比還有一些差距,且許多型號(hào)的軸流泵優(yōu)秀模型仍然空缺;而新的發(fā)展要求下,更高比轉(zhuǎn)速軸流泵的研制受到關(guān)注。本文以一臺(tái)名義比轉(zhuǎn)速為1500的超高比轉(zhuǎn)速軸流泵為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行了多工況水力優(yōu)化研究,旨在拓寬其高效范圍,節(jié)省運(yùn)行能耗。本文借助數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)技術(shù)探討了軸流泵的設(shè)計(jì)、參數(shù)化造型和現(xiàn)代優(yōu)化方法,最后研制了一臺(tái)超高比轉(zhuǎn)速軸流泵水力模型并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本次的主要研究及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.總結(jié)了軸流泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,包括水力設(shè)計(jì)方法、內(nèi)部流動(dòng)和優(yōu)化技術(shù)。同時(shí)闡述了超高比轉(zhuǎn)速軸流泵的設(shè)計(jì)難度。2.建立了模型泵的三維計(jì)算模型,并采用CFX對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,同時(shí)對(duì)模型軸流泵進(jìn)行了多葉片安放角性能試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:模型軸流泵最優(yōu)工況點(diǎn)流量小于設(shè)計(jì)值,實(shí)測(cè)比轉(zhuǎn)速為1312;大流量下泵的效率曲線出現(xiàn)了陡降,隨著安放角的增加效率及揚(yáng)程曲線整體向大流量偏移;對(duì)比試驗(yàn)空化特性曲線發(fā)現(xiàn),隨著流量的增加,模型泵的臨界空化余量逐漸減小;全流量下CFX的計(jì)算值與試驗(yàn)值基本吻合,盡管小流量下?lián)P程計(jì)算值與其有較大的偏差,但總體計(jì)算精度滿足要求。3.闡述了軸流泵的流線設(shè)計(jì)法,選取了流線設(shè)計(jì)法中關(guān)鍵的7個(gè)幾何參數(shù)作為優(yōu)化變量,通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),合理安排了18組試驗(yàn)方案,并以0.8Qopt、1.0Qopt、1.2Qopt工況下的加權(quán)平均效率最高為目標(biāo),通過模糊層次分析法,建立了軸流泵多工況優(yōu)化模型;最后采用模型泵數(shù)值計(jì)算方法獲取各方案的目標(biāo)性能,通過極差分析獲得了最佳方案,并詳細(xì)對(duì)比了優(yōu)化前后泵的水力性能及其內(nèi)流場(chǎng),主要結(jié)論有:(1)優(yōu)化后三工況點(diǎn)的加權(quán)平均效率提高了4.39%,其中,大流量下效率提升最為明顯;觀察效率曲線發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后泵的最高效率點(diǎn)向大流量偏移,且大流量下效率下降變得緩慢,其高效范圍有了一定拓寬。(2)軸流泵導(dǎo)葉流道內(nèi)易出現(xiàn)流動(dòng)分離;優(yōu)化后各流量下導(dǎo)葉流道內(nèi)的流動(dòng)分離均得到了改善,小流量下導(dǎo)葉流道內(nèi)分離漩渦數(shù)量減少,最優(yōu)工況和大流量下幾乎沒有出現(xiàn)流動(dòng)分離,導(dǎo)葉內(nèi)的流動(dòng)損失大大減小。4.闡述了基于CFturbo的軸流泵三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,通過編制軟件的腳本文件及批處理命令,首次將CFturbo與Pump Linx集成于Isight優(yōu)化平臺(tái)中,同時(shí)用多島遺傳算法實(shí)現(xiàn)了軸流泵的多工況智能優(yōu)化,主要結(jié)論有:(1)Pump Linx網(wǎng)格生成方便,大流量下精度明顯高于CFX,且計(jì)算時(shí)間大大縮短,在軸流泵優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。(2)在軸流泵多工況優(yōu)化模型基礎(chǔ)上,對(duì)設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程進(jìn)行了約束;優(yōu)化后軸流泵的最高效率點(diǎn)更接近設(shè)計(jì)點(diǎn),設(shè)計(jì)揚(yáng)程降低,比轉(zhuǎn)速提高至1471,且高效區(qū)明顯拓寬,基本滿足設(shè)計(jì)要求。(3)軸流泵葉片表面徑向流動(dòng)主要集中在背面,且最優(yōu)工況下徑向速度最小;優(yōu)化后各工況下葉片表面徑向流動(dòng)均得到了不同程度的改善,大流量下最為明顯,大大減小了葉片表面的流動(dòng)損失。(4)對(duì)優(yōu)化后軸流泵葉輪出口環(huán)量和軸面速度分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,獲得了兩者沿徑向分布的數(shù)學(xué)模型。(5)將優(yōu)化后的軸流泵模型加工成水力樣機(jī)并進(jìn)行多角度性能測(cè)試:優(yōu)化后泵在0度葉片安放角下的最高效率提高了1.76%,揚(yáng)程略有降低,設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)速增加至1450,且其余角度下的效率均得到了一定的提高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2422212