本文關(guān)鍵詞：蝸殼式潛污軸流泵內(nèi)流數(shù)值模擬與試驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：軸流泵是一種被廣泛應(yīng)用的高比轉(zhuǎn)速葉片泵,其壓水室一般為導(dǎo)葉式。本文研究的蝸殼式潛水軸流泵具有過流能力強,安裝方便,節(jié)約成本等優(yōu)點。目前對于蝸殼式軸流泵的研究還很少,尤其是利用計算流體力學(xué)方法和試驗對蝸殼式軸流泵進行水力優(yōu)化,研究其內(nèi)流場特性,結(jié)構(gòu)特性以及壓力脈動的變化趨勢。本文以理論分析為基礎(chǔ),運用ANSYS-CFX對蝸殼式軸流泵的水力模型進行數(shù)值模擬,對其結(jié)果進行分析研究后,將水力模型進行了優(yōu)化。并對其內(nèi)部監(jiān)測點的壓力脈動情況進行了時域分析以及頻率分析;同時對其結(jié)構(gòu)進行了流固耦合計算,最后生產(chǎn)加工水泵進行試驗。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論有:1.對蝸殼式軸流泵進行了設(shè)計和定常數(shù)值模擬,通過數(shù)值模擬計算對蝸殼斷面形狀,蝸殼基圓直徑,蝸殼進口寬度三個方面進行對比優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明,“蝸殼3”的斷面較原始方案和“蝸殼2”具有更好的外特性表現(xiàn)以及更順暢的流場分布;基圓直徑180mm的蝸殼,揚程和效率要高于其余170mm和190mm,較大的基圓對葉輪運動有一定影響,但影響較小。而較大的基圓直徑會增加液體在蝸殼中的能量損失。蝸殼進口寬度對蝸殼式軸流泵外特性影響較小,蝸殼進口寬度為100mm時,整個外特性表現(xiàn)較好。將蝸殼式軸流泵與導(dǎo)葉式軸流進了對比,對比發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉式軸流泵的揚程和效率明顯高于蝸殼式軸流泵。2.對蝸殼式軸流泵進行了非定常數(shù)值計算,對葉輪進出口、蝸殼內(nèi)的壓力脈動以及葉輪所受軸向力、徑向力進行了分析。葉輪進出口與蝸殼內(nèi)不同斷面位置的監(jiān)測點壓力脈動規(guī)律明顯。葉片進口監(jiān)測點壓力脈動幅度從輪緣到輪轂側(cè)壓力脈動幅度與范圍逐漸減小。葉輪進出口的監(jiān)測點其主頻為葉頻;在0.8Qopt、1.0Qopt、1.2Qopt三個工況時,監(jiān)測點主頻均以葉頻為主。在0.8Qopt、1.0Qopt、1.2Qopt三個工況下,葉輪受到的徑向力與軸向力隨時間變化有明顯的規(guī)律。3.分別對不同工況下流體載荷對葉輪,軸,蝸殼三個結(jié)構(gòu)所受到的應(yīng)力分布以及結(jié)構(gòu)變形進行了計算和分析,結(jié)果表明:流體荷載對葉輪受力及變形起主要作用;施加流體載荷后葉輪變形分布呈現(xiàn)不對稱分布,隨著流量的增加不對稱性更加明顯。葉輪變形隨著半徑的增加而增加,在葉輪出口外緣處最大。隨著流量的增加,葉輪最大變量變小。不同流量工況下,蝸殼的應(yīng)力分布與變形規(guī)律一致,蝸殼的變形呈現(xiàn)明顯的不對稱分布,第一斷面到第五斷面變形量逐漸增加,在第五斷面變形量達到最大,第五斷面到第七斷面變形量逐漸減小,到葉輪出口處蝸殼變形幾乎為零。軸上應(yīng)力分布均勻,沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象,在靠近葉輪的軸段變形量較大,設(shè)計工況下強度滿足要求。4.通過3D打印快速成型技術(shù)制作葉輪和蝸殼的聚氯乙烯模具,并經(jīng)過機械加工生產(chǎn)裝配出蝸殼式軸流泵模型泵。之后對蝸殼式軸流泵進行了外特性試驗,對比試驗結(jié)果與對應(yīng)的加厚葉輪數(shù)值模擬結(jié)果可看出二者流量-揚程曲線和流量-效率曲線趨勢保持一致,設(shè)計工況點效率相差1.2%,相對誤差在3%之內(nèi),說明數(shù)值模擬結(jié)果是可信的。對蝸殼式軸流泵進行了壓力脈動試驗,在蝸殼主要斷面與出口附近設(shè)置共4個壓力傳感器。結(jié)果表明在設(shè)計工況下,4個監(jiān)測點的主頻均在134Hz附近。
【關(guān)鍵詞】：蝸殼式軸流泵 數(shù)值模擬 流固耦合 壓力脈動 試驗
【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】：TH312
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 研究背景目的及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 蝸殼水力設(shè)計研究13-15
• 1.2.2 流固耦合研究15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 蝸殼式軸流泵水力設(shè)計及定常數(shù)值計算17-40
• 2.1 蝸殼設(shè)計17-19
• 2.2 數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)19-28
• 2.2.1 流動控制方程19-22
• 2.2.2 湍流模型22-24
• 2.2.3 計算模型的網(wǎng)格劃分24-25
• 2.2.4 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗25-26
• 2.2.5 邊界條件與初始條件的設(shè)定26-27
• 2.2.6 外特性27
• 2.2.7 原始方案結(jié)果分析27-28
• 2.3 蝸殼斷面形狀優(yōu)化28-32
• 2.3.1 水力設(shè)計28-29
• 2.3.2 外特性預(yù)測29-30
• 2.3.3 內(nèi)流場分析30-32
• 2.4 蝸殼基圓直徑優(yōu)化32-35
• 2.4.1 水力設(shè)計32
• 2.4.2 性能預(yù)測32-33
• 2.4.3 內(nèi)流場分析33-35
• 2.5 蝸殼進口寬度優(yōu)化35-37
• 2.5.1 水力設(shè)計35
• 2.5.2 性能預(yù)測35-36
• 2.5.3 內(nèi)流場分析36-37
• 2.6 蝸殼式軸流泵與導(dǎo)葉式軸流泵對比37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-40
• 第三章 蝸殼式軸流泵非定常數(shù)值模擬40-47
• 3.1 非定常設(shè)置40
• 3.2 脈動分析40-45
• 3.3 徑向力與軸向力的計算分析45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 蝸殼式軸流泵結(jié)構(gòu)強度分析47-55
• 4.1 靜力結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)47
• 4.2 有限元分析的預(yù)定義47-50
• 4.3 計算結(jié)果及分析50-54
• 4.3.1 葉輪與軸的應(yīng)力分布及變形分析51-53
• 4.3.2 蝸殼的應(yīng)力分布及變形分析53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 試驗研究及分析55-66
• 5.1 試驗臺介紹55-57
• 5.2 試驗裝置與儀器57-58
• 5.2.1 外特性試驗測量裝置57
• 5.2.2 壓力脈動試驗裝置57-58
• 5.3 水泵模型58-60
• 5.4 試驗內(nèi)容與步驟60-61
• 5.5 模型試驗結(jié)果及分析61-64
• 5.5.1 外特性對比61
• 5.5.2 壓力脈動試驗結(jié)果分析61-64
• 5.6 本章小結(jié)64-66
• 第6章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 研究總結(jié)66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71-72
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間取得的相關(guān)科研成果72

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