【摘要】：懸臂式多級離心泵具有結構緊湊,維護使用方便等優(yōu)點,廣泛應用于石油化工、樓宇供水、農(nóng)田排灌以及礦山排水等諸多領域。在離心泵以往的研究中,水力性能是其設計過程中的研究重點,但隨著社會的進步和發(fā)展,水泵的噪聲性能也開始引起人們的重視,具有出色噪聲性能的多級離心泵將會擁有更強的產(chǎn)品競爭力。在多級離心泵的實際設計過程中,水力性能與噪聲性能的提高并不是完全一致的。為了平衡二者的關系,本文以某懸臂式多級離心泵為研究對象,通過運用理論分析、數(shù)值計算與試驗驗證相結合的方法,研究了泵腔徑向間隙對多級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,歸納總結國內(nèi)外離心泵水力及噪聲性能研究現(xiàn)狀,確定本文的研究對象、研究方法及主要研究內(nèi)容;分析總結流體計算和聲學計算理論及其基本控制方程。(2)建立多級離心泵三維全流場模型,通過網(wǎng)格無關性分析確定了一套合適數(shù)量的網(wǎng)格模型,并對數(shù)值計算得到的揚程進行試驗驗證;設計三種泵腔徑向間隙方案,應用CFX14.5軟件進行流場計算,對比分析各方案外特性、內(nèi)部流場及葉輪徑向力分布,發(fā)現(xiàn)僅環(huán)切葉輪葉片,會在葉輪出口邊形成一圈水環(huán),該水環(huán)能夠對葉輪出流起到收集和緩沖的作用,有利于改善多級離心泵的內(nèi)部流動狀態(tài)。(3)深入研究葉輪、導葉和泵腔區(qū)域的壓力脈動頻域分布規(guī)律。首先,通過誤差分析,確定非定常計算的時間步長和計算時間;其次,研究發(fā)現(xiàn)動靜干涉是多級離心泵產(chǎn)生壓力脈動的主要原因,其頻域分布受到葉輪葉片數(shù)和導葉葉片數(shù)的共同影響,在葉輪葉頻和導葉葉頻的公倍數(shù)頻率處出現(xiàn)了明顯的壓力脈動增強現(xiàn)象,而且,研究發(fā)現(xiàn)泵腔徑向間隙對三種方案的壓力脈動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)基于非定常計算得到的偶極子聲源,應用LMS Virtual.Lab軟件中Acoustics模塊進行內(nèi)聲場計算,并分析進、出口場點聲壓級頻域響應。研究發(fā)現(xiàn)多級離心泵進、出口場點聲壓級幅值整體上隨頻率的增大而減小;在葉輪葉頻、導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,并且三個方案的聲壓級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,研究通過改變?nèi)~輪葉片數(shù)來降低壓力脈動與噪聲幅值的可能性。首先,將葉輪葉片數(shù)由原來的6片減少到5片,數(shù)值預測得到的揚程仍然滿足設計要求;其次,壓力脈動幅值降低,并且避免了在0~2000Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值增強現(xiàn)象,噪聲性能得到了較好的提升,進、出口場點聲壓級全頻均值較原方案分別降低5.92dB和5.31dB;最后,在多級離心泵閉式試驗臺上進行揚程及壓力脈動試驗研究,試驗得到的揚程及壓力脈動曲線分布規(guī)律與模擬結果基本一致。
【圖文】：

1.進水端蓋 2.密封圈 3.葉輪 4.導葉 5.不銹鋼泵體 6.墊片 7.機械密封件8.出水端蓋 9.接線盒 10.電機 11.緊固螺釘圖 1-1 原型樣機結構圖Fig.1-1 Assembly diagram of prototype研究內(nèi)容于懸臂式多級離心泵原有模型，通過改變?nèi)~輪出口邊尺寸，設方案，采用 CFD 與聲學計算相結合的計算方法，對比分析了內(nèi)部流場、壓力脈動及內(nèi)聲場噪聲等方面對多級離心泵的影響對葉輪進行優(yōu)化設計，通過數(shù)值計算預測其性能，，并進行了揚。具體研究內(nèi)容如下：基于 CFD 方法對多級離心泵三維全流場模型進行模擬計算，分，通過網(wǎng)格無關性分析，綜合考慮準確性和計算量兩個方面，網(wǎng)格進行定常數(shù)值模擬，并通過試驗驗證了數(shù)值計算方法的可

二章 CFD 與聲學理論基礎（CFD）基礎omputational Fluid Dynamics，CFD）是一計算機科學的結合產(chǎn)物，具體來說，是計算方法，對流體力學中存在的現(xiàn)象及象的性能結果，以解決實際工程中所存在將連續(xù)區(qū)域離散為一系列的點分布，進態(tài)計算為例，其求解過程如圖 2-1 所示時間步的計算過程。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH311

【參考文獻】

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本文編號：2611925