發(fā)布時(shí)間：2020-05-11 17:14

【摘要】： 由于離心泵在實(shí)際運(yùn)行的過程中,空化會(huì)降低泵的揚(yáng)程和效率;空蝕將對(duì)離心泵造成極大的破壞并產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。所以空化與空蝕破壞是引起離心泵故障的主要原因之一,如何提高離心泵的空化性能是流體機(jī)械研究領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究方向。 近年來,隨著CFD技術(shù)的快速發(fā)展,從研究離心泵內(nèi)部流體流動(dòng)的機(jī)理出發(fā),使用數(shù)值模擬研究離心泵內(nèi)部空化流動(dòng),利用數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的結(jié)果來指導(dǎo)改善離心泵內(nèi)部的空化性能已經(jīng)成為可能。因此,數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為離心泵性能分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的手段。 本文以CFD技術(shù)為基礎(chǔ),應(yīng)用商業(yè)軟件FLUENT中的RNG k-ε兩方程模型和SIMPLEC算法,采用了Singhal等人發(fā)展的一種三維混合流體完整空化湍流模型,對(duì)離心泵內(nèi)部的全流道三維空化流動(dòng)進(jìn)行定常數(shù)值模擬研究,分析了在同一設(shè)計(jì)工況下原型離心泵葉輪和3種不同進(jìn)口參數(shù)的葉輪在內(nèi)部流場(chǎng)的壓力、速度、空泡體積分?jǐn)?shù)分布和離心泵整機(jī)性能發(fā)生的變化,這對(duì)離心泵改善其空化性能、優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)能降耗有著重要的意義。得到以下主要結(jié)論: 1.為了驗(yàn)證數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,先對(duì)原型離心泵進(jìn)行了非空化流動(dòng)和空化流動(dòng)的數(shù)值模擬,通過把數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,結(jié)果表明預(yù)測(cè)曲線與試驗(yàn)曲線趨勢(shì)基本一致,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值在設(shè)計(jì)工況下結(jié)果比較吻合,這為下面的工作打下了基礎(chǔ)。 2.對(duì)原型離心泵全流道內(nèi)的空化流場(chǎng)進(jìn)行模擬得到了空化現(xiàn)象主要發(fā)生在葉輪內(nèi)部,而在吸入段和蝸殼段均沒有明顯的空化現(xiàn)象發(fā)生,說明葉輪對(duì)泵的空化性能具有重要的影響。從原型離心泵空化余量一揚(yáng)程曲線中,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)值和數(shù)值模擬預(yù)測(cè)值計(jì)算結(jié)果比較吻合,誤差在5%范圍內(nèi),曲線變化趨勢(shì)基本一致,說明所選的空化模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)離心泵的空化性能,這也說明數(shù)值模擬預(yù)測(cè)可以代替復(fù)雜而又麻煩的離心泵空化試驗(yàn)。 3.通過改變?nèi)~輪進(jìn)口尺寸,得出葉輪進(jìn)口直徑有一最佳值為155mm,這最佳值的存在對(duì)于離心泵的效率的提高和空化余量的降低有著重要的意義。 4.增加葉片的進(jìn)口安放角,即采用較大的正沖角,使進(jìn)口的沖角為5°,葉片進(jìn)口安放角增加到24°,離心泵空化性能得到明顯改善。 5.對(duì)于高比轉(zhuǎn)速離心泵,葉片進(jìn)口邊流道寬度的增加,空化性能改變不是很明顯。
【圖文】：

常把由于壓強(qiáng)降低使水(或其它液體)汽化的過程稱為“空化”�？栈谒行纬傻目斩捶Q為“空穴”，球形空穴常稱為空泡，較大的空穴稱為空腔，帶有空穴的水流稱為空穴流。圖2.1表示文丘利型空化管中所產(chǎn)生的空化現(xiàn)象。實(shí)際觀察表明，有時(shí)空穴中大部分是氣體，而有時(shí)則大部分為蒸汽，因此又引進(jìn)了氣體空穴和蒸汽空穴二詞以資區(qū)別〔62]。圖2.1空化現(xiàn)象液流流經(jīng)的局部地區(qū)，壓強(qiáng)若低于某臨界值時(shí)，液體也會(huì)發(fā)生空化。在低壓區(qū)空化的液體挾帶著大量的空泡形成了“兩相流”運(yùn)動(dòng)，因而破壞了液體宏觀上的連續(xù)性，，水流挾帶著的空泡在流經(jīng)下游壓強(qiáng)較高的區(qū)域時(shí)，空泡將發(fā)生潰滅。因此空化現(xiàn)象包括空泡的發(fā)生、發(fā)育和潰滅，它是一個(gè)非恒定過程。由于空泡在潰滅時(shí)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)壓強(qiáng)，當(dāng)潰滅發(fā)生在固體表面附近時(shí)，水流中不斷潰滅的空泡所產(chǎn)生的高壓強(qiáng)的反復(fù)作用

葉片空蝕破壞的圖片
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2658800