【摘要】：懸臂式多級(jí)離心泵具有結(jié)構(gòu)緊湊,維護(hù)使用方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石油化工、樓宇供水、農(nóng)田排灌以及礦山排水等諸多領(lǐng)域。在離心泵以往的研究中,水力性能是其設(shè)計(jì)過(guò)程中的研究重點(diǎn),但隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展,水泵的噪聲性能也開(kāi)始引起人們的重視,具有出色噪聲性能的多級(jí)離心泵將會(huì)擁有更強(qiáng)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。在多級(jí)離心泵的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,水力性能與噪聲性能的提高并不是完全一致的。為了平衡二者的關(guān)系,本文以某懸臂式多級(jí)離心泵為研究對(duì)象,通過(guò)運(yùn)用理論分析、數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,研究了泵腔徑向間隙對(duì)多級(jí)離心泵水力及噪聲性能的影響。本文所做的主要工作有:(1)調(diào)研水泵行業(yè)發(fā)展背景,歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外離心泵水力及噪聲性能研究現(xiàn)狀,確定本文的研究對(duì)象、研究方法及主要研究?jī)?nèi)容;分析總結(jié)流體計(jì)算和聲學(xué)計(jì)算理論及其基本控制方程。(2)建立多級(jí)離心泵三維全流場(chǎng)模型,通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析確定了一套合適數(shù)量的網(wǎng)格模型,并對(duì)數(shù)值計(jì)算得到的揚(yáng)程進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證;設(shè)計(jì)三種泵腔徑向間隙方案,應(yīng)用CFX14.5軟件進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算,對(duì)比分析各方案外特性、內(nèi)部流場(chǎng)及葉輪徑向力分布,發(fā)現(xiàn)僅環(huán)切葉輪葉片,會(huì)在葉輪出口邊形成一圈水環(huán),該水環(huán)能夠?qū)θ~輪出流起到收集和緩沖的作用,有利于改善多級(jí)離心泵的內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)。(3)深入研究葉輪、導(dǎo)葉和泵腔區(qū)域的壓力脈動(dòng)頻域分布規(guī)律。首先,通過(guò)誤差分析,確定非定常計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)和計(jì)算時(shí)間;其次,研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜干涉是多級(jí)離心泵產(chǎn)生壓力脈動(dòng)的主要原因,其頻域分布受到葉輪葉片數(shù)和導(dǎo)葉葉片數(shù)的共同影響,在葉輪葉頻和導(dǎo)葉葉頻的公倍數(shù)頻率處出現(xiàn)了明顯的壓力脈動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)象,而且,研究發(fā)現(xiàn)泵腔徑向間隙對(duì)三種方案的壓力脈動(dòng)影響雖然不是非常明顯,但葉片環(huán)切方案的幅值整體上略低于其它方案。(4)基于非定常計(jì)算得到的偶極子聲源,應(yīng)用LMS Virtual.Lab軟件中Acoustics模塊進(jìn)行內(nèi)聲場(chǎng)計(jì)算,并分析進(jìn)、出口場(chǎng)點(diǎn)聲壓級(jí)頻域響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)多級(jí)離心泵進(jìn)、出口場(chǎng)點(diǎn)聲壓級(jí)幅值整體上隨頻率的增大而減小;在葉輪葉頻、導(dǎo)葉葉頻與二者公倍數(shù)頻率處均有明顯的峰值,其中公倍數(shù)頻率處峰值最明顯,并且三個(gè)方案的聲壓級(jí)幅值在不同頻率處變化規(guī)律不同。(5)以葉片環(huán)切方案為基礎(chǔ),研究通過(guò)改變?nèi)~輪葉片數(shù)來(lái)降低壓力脈動(dòng)與噪聲幅值的可能性。首先,將葉輪葉片數(shù)由原來(lái)的6片減少到5片,數(shù)值預(yù)測(cè)得到的揚(yáng)程仍然滿足設(shè)計(jì)要求;其次,壓力脈動(dòng)幅值降低,并且避免了在0~2000Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值增強(qiáng)現(xiàn)象,噪聲性能得到了較好的提升,進(jìn)、出口場(chǎng)點(diǎn)聲壓級(jí)全頻均值較原方案分別降低5.92dB和5.31dB;最后,在多級(jí)離心泵閉式試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行揚(yáng)程及壓力脈動(dòng)試驗(yàn)研究,試驗(yàn)得到的揚(yáng)程及壓力脈動(dòng)曲線分布規(guī)律與模擬結(jié)果基本一致。
【圖文】：

1.進(jìn)水端蓋 2.密封圈 3.葉輪 4.導(dǎo)葉 5.不銹鋼泵體 6.墊片 7.機(jī)械密封件8.出水端蓋 9.接線盒 10.電機(jī) 11.緊固螺釘圖 1-1 原型樣機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 Assembly diagram of prototype研究?jī)?nèi)容于懸臂式多級(jí)離心泵原有模型，通過(guò)改變?nèi)~輪出口邊尺寸，設(shè)方案，采用 CFD 與聲學(xué)計(jì)算相結(jié)合的計(jì)算方法，對(duì)比分析了內(nèi)部流場(chǎng)、壓力脈動(dòng)及內(nèi)聲場(chǎng)噪聲等方面對(duì)多級(jí)離心泵的影響對(duì)葉輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)其性能，，并進(jìn)行了揚(yáng)。具體研究?jī)?nèi)容如下：基于 CFD 方法對(duì)多級(jí)離心泵三維全流場(chǎng)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，分，通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析，綜合考慮準(zhǔn)確性和計(jì)算量?jī)蓚�(gè)方面，網(wǎng)格進(jìn)行定常數(shù)值模擬，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的可

二章 CFD 與聲學(xué)理論基礎(chǔ)（CFD）基礎(chǔ)omputational Fluid Dynamics，CFD）是一計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合產(chǎn)物，具體來(lái)說(shuō)，是計(jì)算方法，對(duì)流體力學(xué)中存在的現(xiàn)象及象的性能結(jié)果，以解決實(shí)際工程中所存在將連續(xù)區(qū)域離散為一系列的點(diǎn)分布，進(jìn)態(tài)計(jì)算為例，其求解過(guò)程如圖 2-1 所示時(shí)間步的計(jì)算過(guò)程。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2611925