本文關(guān)鍵詞：超低比轉(zhuǎn)速離心泵瞬態(tài)過程特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超低比轉(zhuǎn)速離心泵(以下稱超低比速泵)的比轉(zhuǎn)速ns≤30,因其小流量、高揚程的特性,在航空航天、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水和石油化工等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。通常情況,超低比速泵的運行工況基本穩(wěn)定,隨著超低比速泵的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,超低比速泵除了在穩(wěn)態(tài)工況下運行之外,還需短時間在各種各樣的瞬態(tài)工況下運行,如戰(zhàn)機(jī)短距離起降、大角度爬升、運載火箭發(fā)射和脫離過程,這些過程中往往伴隨著轉(zhuǎn)速、流量和壓力等參數(shù)的劇烈變化。超低比速泵在瞬態(tài)操作條件下運行時會表現(xiàn)出區(qū)別于穩(wěn)態(tài)工況的瞬態(tài)特性,這會給泵本身乃至整機(jī)系統(tǒng)的安全及可靠性造成嚴(yán)重影響。因此對超低比速泵瞬態(tài)過程中的特性研究具有重要的工程意義和學(xué)術(shù)價值。本文以一臺超低比速泵為研究對象,重點對超低比速泵的關(guān)閥啟動過程進(jìn)行CFD數(shù)值計算與試驗測試研究,并對比分析了穩(wěn)態(tài)過程與瞬態(tài)過程內(nèi)流機(jī)理與外部特性的差異,最后對進(jìn)口降壓過程進(jìn)行了試驗測試研究,以期進(jìn)一步揭示超低比轉(zhuǎn)速泵的瞬態(tài)特性。本文的主要工作和研究成果有:1、較為系統(tǒng)地總結(jié)了超低比速泵的研究現(xiàn)狀與國內(nèi)外離心泵瞬態(tài)過程特性研究的發(fā)展歷程,基于速度系數(shù)法和加大流量法對一臺比轉(zhuǎn)速ns=25的超低比速泵的葉輪、蝸殼和吸水室進(jìn)行了水力設(shè)計。2、采用CFD數(shù)值計算方法,對模型泵在不同流量工況下的穩(wěn)態(tài)過程進(jìn)行三維非定常數(shù)值計算,基于數(shù)值模擬結(jié)果對模型泵的能量特性進(jìn)行預(yù)測,并對不同工況下模型泵內(nèi)部流場、葉輪上的徑向力和蝸殼各斷面的壓力脈動進(jìn)行分析。結(jié)果表明:(1)隨著流量的增加,作用在葉輪上的徑向力幅值逐漸減小,徑向力脈動的主要激勵頻率均為葉頻及其整數(shù)倍頻,表明葉輪與泵體的動靜干涉是徑向力脈動的主要影響因素。(2)蝸殼各斷面內(nèi)壓力脈動幅值沿流動方向逐漸減小,蝸殼各斷面內(nèi)壓力脈動的主要激勵頻率均為葉頻及其整數(shù)倍頻,表明葉輪出口與蝸殼的耦合作用是蝸殼內(nèi)壓力脈動的主要影響因素。(3)小流量工況下,葉輪流道內(nèi)流動紊亂,出現(xiàn)大面積漩渦,隨著流量的增加,葉輪流道內(nèi)的流場分布逐漸均勻。3、搭建了超低比速泵性能測試試驗臺,對模型泵的能量特性、關(guān)死點處轉(zhuǎn)速-揚程、空化特性、關(guān)閥啟動過程和進(jìn)口快速降壓過程的瞬態(tài)特性進(jìn)行試驗測試。結(jié)果表明:(1)不同啟動加速度下,模型泵關(guān)閥啟動過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著時間呈線性增加趨勢,隨著啟動過程的結(jié)束,電機(jī)轉(zhuǎn)速均達(dá)到最大值。(2)不同啟動加速度下,在加速過程的末期都出現(xiàn)了較為明顯的沖擊揚程,并且隨著啟動加速度的減小,沖擊揚程有所降低。(3)啟動過程中泵出口X、Y和Z向振動加速度的主要激勵頻率均為軸頻及其整數(shù)倍頻,Y向的振動加速度幅值最大,Z向最小,隨著啟動加速度的增大,主要激勵頻率處的加速度幅值也增大。(4)泵進(jìn)口快速降壓過程和穩(wěn)態(tài)未空化過程相比,在4000Hz~6000Hz處出現(xiàn)了高頻的寬頻振動,超低比速泵進(jìn)口壓力快速降低過程會誘導(dǎo)空化發(fā)生的進(jìn)程,導(dǎo)致空化發(fā)生的臨界點提前。4、對超低比速泵在關(guān)死點工況進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程的CFD數(shù)值模擬,對不同啟動加速度下啟動過程的瞬態(tài)揚程進(jìn)行預(yù)測,對啟動時間為2s的關(guān)閥啟動過程內(nèi)部流場進(jìn)行分析并與不同轉(zhuǎn)速下關(guān)死點處穩(wěn)態(tài)過程的內(nèi)流場對比。結(jié)果表明:(1)3種不同啟動加速度下啟動過程的末期均出現(xiàn)一個沖擊揚程,隨著啟動加速度的增大,這個沖擊揚程也逐漸增大,啟動過程瞬態(tài)沖擊揚程的模擬值與試驗值的偏差均在5%以內(nèi)。(2)同一時刻,穩(wěn)態(tài)過程泵中間截面的靜壓分布、絕對速度流線分布和相對速度流線分布以及進(jìn)口管路軸截面速度流線分布與關(guān)閥啟動過程中的分布趨勢有差異。隨著啟動過程中轉(zhuǎn)速的增加,這個差異逐漸縮小,同一時刻,關(guān)閥啟動過程內(nèi)部瞬態(tài)流場的發(fā)展總體上滯后于關(guān)死點處穩(wěn)態(tài)過程內(nèi)部流場。
【關(guān)鍵詞】：超低比轉(zhuǎn)速離心泵 水力設(shè)計 數(shù)值模擬 瞬態(tài)特性 試驗測試
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 超低比速泵研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 離心泵瞬態(tài)過程研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 超低比轉(zhuǎn)速離心泵水力設(shè)計18-25
• 2.1 超低比速離心泵葉輪的水力設(shè)計18-21
• 2.1.1 基本參數(shù)的確定18-19
• 2.1.2 葉輪軸面尺寸的確定19
• 2.1.3 葉片出口安放角的確定19-20
• 2.1.4 葉片包角的確定20
• 2.1.5 葉片數(shù)的確定20
• 2.1.6 葉輪水力圖20-21
• 2.2 吸水室設(shè)計21-22
• 2.2.1 吸水室結(jié)構(gòu)形狀21
• 2.2.2 吸水室?guī)缀纬叽绲拇_定21
• 2.2.3 吸水室內(nèi)置隔板參數(shù)設(shè)計21
• 2.2.4 吸水室水力圖21-22
• 2.3 超低比速離心泵蝸殼的水力設(shè)計22-24
• 2.3.1 蝸殼的排出方式22
• 2.3.2 蝸殼的設(shè)計和繪型22-23
• 2.3.3 蝸殼水力圖23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 超低比轉(zhuǎn)速離心泵數(shù)值模擬25-38
• 3.1 數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)25-28
• 3.1.1 控制方程25-26
• 3.1.2 湍流模型介紹26-28
• 3.2 幾何模型建立和網(wǎng)格劃分28-30
• 3.2.1 計算域三維造型28
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格相關(guān)性驗證28-30
• 3.3 CFX流體計算方法30
• 3.3.1 交界面設(shè)置30
• 3.3.2 湍流模型30
• 3.3.3 邊界條件30
• 3.4 數(shù)值計算結(jié)果分析30-37
• 3.4.1 能量特性計算結(jié)果與分析30-31
• 3.4.2 內(nèi)流場結(jié)果與分析31-33
• 3.4.3 徑向力結(jié)果對比分析33-35
• 3.4.4 壓力脈動結(jié)果對比分析35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 超低比轉(zhuǎn)速離心泵瞬態(tài)特性試驗測試38-56
• 4.1 試驗對象38
• 4.2 超低比轉(zhuǎn)速離心泵瞬態(tài)特性測試試驗臺38-39
• 4.3 試驗參數(shù)的測量與采集39-42
• 4.3.1 穩(wěn)態(tài)試驗測量裝置39-40
• 4.3.2 瞬態(tài)試驗測量裝置40-42
• 4.3.3 傳感器測點布置42
• 4.4 試驗內(nèi)容及試驗步驟42-44
• 4.4.1 試驗內(nèi)容42-43
• 4.4.2 試驗步驟43-44
• 4.5 試驗結(jié)果與分析44-54
• 4.5.1 能量性能結(jié)果與分析44-45
• 4.5.2 關(guān)死點工況穩(wěn)態(tài)試驗結(jié)果45-46
• 4.5.3 關(guān)閥啟動過程試驗結(jié)果46-52
• 4.5.4 空化性能試驗結(jié)果52
• 4.5.5 進(jìn)口快速降壓試驗結(jié)果52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 第五章 超低比轉(zhuǎn)速離心泵關(guān)閥啟動瞬態(tài)特性數(shù)值模擬56-69
• 5.1 幾何模型建立和網(wǎng)格劃分56-57
• 5.2 CFX數(shù)值計算方法57-58
• 5.2.1 時間步長57
• 5.2.2 關(guān)死點流量57
• 5.2.3 電機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速57-58
• 5.3 關(guān)死點工況穩(wěn)態(tài)過程與關(guān)閥啟動過程結(jié)果對比分析58-68
• 5.3.1 揚程計算結(jié)果對比分析58-60
• 5.3.2 內(nèi)部流場結(jié)果對比與分析60-67
• 5.3.3 軸向力計算結(jié)果對比分析67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 本文主要工作總結(jié)69-70
• 6.2 研究展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 致謝76-77
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果77
• 一、參加科研項目77
• 二、發(fā)表論文及專利77
• 三、已獲獎項及成果77

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