【摘要】： 以計算流體力學(xué)(CFD)為基礎(chǔ)的流場數(shù)值模擬技術(shù),是揭示流體機械內(nèi)部流場特性的有效工具,也是流體機械產(chǎn)品性能優(yōu)化和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的有效手段,已成為流體機械CAD輔助設(shè)計的發(fā)展方向。 本文的主要研究工作包括: 1.在查閱大量文獻的基礎(chǔ)上,綜述了計算流體力學(xué)及CFD數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展歷程,以及CFD數(shù)值模擬技術(shù)在離心泵流場數(shù)值模擬中的應(yīng)用,并指出了目前存在的不足。 2.在分析比較離心泵整機數(shù)值模擬的各種耦合模型和模擬方法的基礎(chǔ)上,通過Pro-E軟件構(gòu)建了FLG40-200離心泵的整機三維水力模型,運用CFD前處理工具GAMBIT對該三維模型實行了分塊網(wǎng)格劃分,并以CFD商業(yè)軟件Fluent實現(xiàn)了該離心泵的整機定常和非定常數(shù)值模擬。 3.針對離心泵非定常數(shù)值模擬的傳統(tǒng)收斂判據(jù)存在的不足,提出了一個新的收斂判據(jù),并運用新判據(jù),對IS80-65-160離心泵和本文研究對象FLG40-200離心泵的非定常數(shù)值模擬進行了收斂分析,分析過程中將新判據(jù)和傳統(tǒng)判據(jù)進行了對比,發(fā)現(xiàn)兩者所得結(jié)果一致,但新判據(jù)為流場的穩(wěn)定性程度提供了定量指標,且在低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的小流量工況下表現(xiàn)出了傳統(tǒng)判據(jù)所沒有的優(yōu)勢。 4.在總結(jié)離心泵圓盤摩擦損失和容積損失計算方法的基礎(chǔ)上,確定了適用于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的圓盤摩擦修正和容積修正方案。并應(yīng)用該修正方案,以數(shù)值模擬所得的流場信息為基礎(chǔ),得到了離心泵在不同工況下的性能參數(shù)。以泵試驗數(shù)據(jù)為依據(jù),比較不同的模擬方法所得結(jié)果的精度,結(jié)果發(fā)現(xiàn):對于本文所研究的泵,非定常數(shù)值模擬獲得的預(yù)測結(jié)果較符合試驗數(shù)據(jù)。之后,繪制了泵特性曲線,并深入分析了葉輪和蝸殼的內(nèi)流場。 5.以上述分析為基礎(chǔ),以節(jié)能為目標,進行了泵性能優(yōu)化,并運用整機非定常數(shù)值模擬手段對優(yōu)化結(jié)果進行了檢驗。結(jié)果顯示,取得了一定的優(yōu)化效果,效率提高了2%,且離心泵的揚程亦滿足設(shè)計要求。
【圖文】：

在三維建模過程當中，模型的某些表面還可能出現(xiàn)一些面積非常細小的小碎面，這些小碎面的存在將會對網(wǎng)格的劃分產(chǎn)生不良影響。因此，必須將這些小碎面與其他曲面合并。離心泵整機實體模型如圖2一1。圖2一1離心泵整機實體三維水力模型2.3網(wǎng)格與前處理Flueni軟件包提供的前處理軟件GAMBIT可以用來實現(xiàn)幾何模型的網(wǎng)格劃分與邊界條件類型設(shè)定。GAMBIT的功能還包括構(gòu)建幾何模型，但考慮到離心泵水力模型具有較復(fù)雜的曲面，本文采用專業(yè)軟件Pro一E實現(xiàn)之，如前文所述，并將由Pro一E軟件創(chuàng)建的三維水力模型導(dǎo)入GAMBIT進行網(wǎng)格劃分。2.3.1網(wǎng)格類型與網(wǎng)格劃分網(wǎng)格有結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格之分136一39]。三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格采用六面體單元，生成的網(wǎng)格具有良好的正交性，網(wǎng)格質(zhì)量好，有利于計算過程的收斂，，節(jié)省內(nèi)存。但結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對于復(fù)雜幾何模型的適應(yīng)性比較差四。對復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，往往需要采用多塊劃分網(wǎng)格的方法[40]。三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格采用四面體、三棱柱等形式的單元，節(jié)點可任意分布，因此能夠適用復(fù)雜的幾何構(gòu)造。本文所研究的離心泵三維水力模型包括圓柱型吸水室、葉輪區(qū)域水體、蝸殼型壓水室和出水管

三維網(wǎng)格的局部加密通常有面網(wǎng)格加密法和分塊網(wǎng)格加密法兩種。采用面網(wǎng)格加密法只能加密一定表面附近的網(wǎng)格，如需要加密整個三維區(qū)域的網(wǎng)格，則應(yīng)使用分塊網(wǎng)格加密。這兩種方法加密得到的隔舌部網(wǎng)格分別如圖2一2及圖2一3所示，可以明顯看出，采用面網(wǎng)格加密法得到的網(wǎng)格，其中心遠離表面的部位網(wǎng)格是稀疏的。圖2一2分塊網(wǎng)格技術(shù)加密的隔舌部網(wǎng)格圖2一3面網(wǎng)格加密技術(shù)得到的隔舌部網(wǎng)格圖2一4離心泵整機三維水力模型網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH311

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 朱波;牟介剛;鄭水華;趙錦靖;甘建軍;黃輝;;葉輪葉片型線對沖壓焊接多級離心泵性能的影響[J];輕工機械;2012年06期

2 劉廣濤;黃洪雁;王祥鋒;顏培剛;韓萬金;;大膨脹比渦輪機三維非定常數(shù)值計算研究[J];汽輪機技術(shù);2012年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳翠平;SLG型粉體表面改性機流場特性與數(shù)值模擬研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 李輝;基于葉輪設(shè)計的IS65型離心泵空化性能改進的研究[D];江西理工大學(xué);2011年

2 胡佳偉;離心水泵葉輪工作曲面有限元分析及優(yōu)化設(shè)計[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2011年

3 張恒峰;基于流固耦合的離心泵動力學(xué)數(shù)值研究[D];大連交通大學(xué);2012年

4 周劍松;基于CFD分析的CQB65-50-160F離心泵的性能預(yù)測及優(yōu)化[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

5 丁曉霞;多級離心泵的性能預(yù)測及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];華東理工大學(xué);2013年

本文編號：2598141