【摘要】： 流體機(jī)械是動(dòng)力工程中最重要、應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)機(jī)械設(shè)備。做為其重要的組成部分,低比轉(zhuǎn)速離心泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)和社會(huì)生活各領(lǐng)域都得到極廣泛的應(yīng)用。葉輪是離心泵的重要過(guò)流部件,葉輪設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)泵的性能有很大的影響。近幾年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和廣泛應(yīng)用,利用CFD對(duì)葉輪內(nèi)流場(chǎng)建模分析已成為離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要工具。本課題正是利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法,在離心泵葉輪的基本外尺寸(葉輪內(nèi)外半徑、葉輪進(jìn)出口寬度及葉片進(jìn)出口安放角)相同情況下對(duì)不同包角、葉片數(shù)的葉輪進(jìn)行建模、模擬和分析比較,并最終得出結(jié)論。 本文以一給定低比轉(zhuǎn)速單級(jí)單吸離心式潛水泵為基本型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,得出相關(guān)幾何參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù),設(shè)計(jì)了不同包角、不同葉片數(shù)的八個(gè)圓柱形葉片葉輪和與其配套的蝸殼。 圓柱形葉片進(jìn)出口都是二維柱面。這種葉片具有造型簡(jiǎn)單,成本低,鑄造缺陷少等優(yōu)點(diǎn)。采用艾爾米特插值方法,可在保證葉片進(jìn)出口安放角不變的前提下,產(chǎn)生不同給定包角的葉片。 本文對(duì)所設(shè)計(jì)的八個(gè)葉輪的內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。二維圖形由最通用的AutoCAD軟件繪制成形,采用具有強(qiáng)大曲面功能的UG作為葉輪三維建模的平臺(tái),選擇大型商用CFD軟件FLUENT作為葉輪內(nèi)部流場(chǎng)三維數(shù)值模擬的平臺(tái)。 本文的模擬均采用三維湍流定常計(jì)算方法。用FLUENT模擬時(shí),用其自帶網(wǎng)格劃分軟件Gambit進(jìn)行網(wǎng)格劃分,求解時(shí)采用SIMPLEC算法二階迎風(fēng)模式和標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型進(jìn)行求解。通過(guò)對(duì)葉輪的數(shù)值模擬,得到了它們內(nèi)部流動(dòng)的速度及壓力分布,并發(fā)現(xiàn)了一些重要的流動(dòng)現(xiàn)象,如葉輪進(jìn)口存在脫流和沖擊損失;采用“大包角,少葉片”和艾爾米特插值曲線(xiàn)方法生成的圓柱形葉片,具有合理的葉片數(shù)和葉片包角,能夠保證葉片安放角從葉片進(jìn)口到出口均勻變化,可避免水流在葉輪流道中產(chǎn)生脫流水力損失,有效降低葉輪入口沖擊損失。揭示了不同葉片數(shù)和包角對(duì)離心泵葉輪內(nèi)部流動(dòng)的影響。并對(duì)軟件模擬結(jié)果進(jìn)行分析,通過(guò)比較各類(lèi)葉輪,得出圓柱形葉片葉輪無(wú)脫流條件下的最優(yōu)Z、Φ條件。
【圖文】：

西華大學(xué)碩士學(xué)位論文計(jì)模型葉輪吸入口向下，泵軸不穿過(guò)葉輪，后蓋板與軸中心線(xiàn)即Z軸交于一點(diǎn)，不便旋轉(zhuǎn)成形。因此對(duì)其進(jìn)行倒圓角，圓角半徑1毫米。(3)葉片和葉輪盤(pán)都生產(chǎn)后，將葉片與葉輪盤(pán)進(jìn)行“求差”，減掉葉片部分，剩下的便是所需要研究的流體過(guò)流的實(shí)體部分。(4)配套蝸殼建模，本部分難點(diǎn)在于隔舌部分的繪形，因?yàn)檫@是螺旋形壓水室與擴(kuò)散段圓滑過(guò)渡處，其高度并不一致。在本模型中采用兩種方式生成:一是實(shí)體與實(shí)體相交而成，這種方法易于成形，但在后期網(wǎng)格劃分時(shí)會(huì)降低網(wǎng)格質(zhì)量，故不采用;二是其它表面由“通過(guò)曲線(xiàn)網(wǎng)格”命令生成，而后在隔舌部分補(bǔ)片體而成，網(wǎng)格生成質(zhì)量好。繪制好的實(shí)體模型如下:

西華大學(xué)碩士學(xué)位論文計(jì)模型葉輪吸入口向下，泵軸不穿過(guò)葉輪，后蓋板與軸中心線(xiàn)即Z軸交于一點(diǎn)，，不便旋轉(zhuǎn)成形。因此對(duì)其進(jìn)行倒圓角，圓角半徑1毫米。(3)葉片和葉輪盤(pán)都生產(chǎn)后，將葉片與葉輪盤(pán)進(jìn)行“求差”，減掉葉片部分，剩下的便是所需要研究的流體過(guò)流的實(shí)體部分。(4)配套蝸殼建模，本部分難點(diǎn)在于隔舌部分的繪形，因?yàn)檫@是螺旋形壓水室與擴(kuò)散段圓滑過(guò)渡處，其高度并不一致。在本模型中采用兩種方式生成:一是實(shí)體與實(shí)體相交而成，這種方法易于成形，但在后期網(wǎng)格劃分時(shí)會(huì)降低網(wǎng)格質(zhì)量，故不采用;二是其它表面由“通過(guò)曲線(xiàn)網(wǎng)格”命令生成，而后在隔舌部分補(bǔ)片體而成，網(wǎng)格生成質(zhì)量好。繪制好的實(shí)體模型如下:
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2598801