【摘要】：高速化和大功率密度是離心泵發(fā)展的主要趨勢,高速運轉(zhuǎn)的離心泵對抗空化性能有較高的要求,目前最有效的方法是在離心泵葉輪前加裝誘導(dǎo)輪。然而在高速旋轉(zhuǎn)工況下,誘導(dǎo)輪的葉頂泄漏渦會造成前緣葉頂處發(fā)生渦空化;并且在較低汽蝕余量時,誘導(dǎo)輪的不對稱空化和空化喘振等不穩(wěn)定空化流動會嚴重干擾誘導(dǎo)輪和葉輪內(nèi)部流場,進而影響高速離心泵的運行可靠性。因此,本文針對一臺前置誘導(dǎo)輪的高速離心泵進行數(shù)值模擬研究,利用高速攝影技術(shù)對誘導(dǎo)輪和葉輪內(nèi)空化流動進行可視化拍攝實驗。通過數(shù)值模擬與實驗研究相結(jié)合的方法,分析了前置誘導(dǎo)輪高速離心泵內(nèi)空化發(fā)生、發(fā)展及惡化階段的內(nèi)部空化流態(tài)變化,研究了相應(yīng)的離心泵內(nèi)流動分布特征,揭示了空化流動規(guī)律以及空化對離心泵內(nèi)部流場和性能的影響。研究結(jié)果對高速離心泵設(shè)計特別是誘導(dǎo)輪的設(shè)計提供借鑒,達到減少空化對離心泵內(nèi)部流動干擾和破壞,進而提高高速離心泵抗空化性能的目的。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.利用ANSYS-CFX商業(yè)軟件,對前置誘導(dǎo)輪高速離心泵進行非定常空化數(shù)值模擬,將計算得到的揚程、效率和汽蝕余量等參數(shù)與外特性實驗結(jié)果進行對比,驗證了數(shù)值計算具有較高的準確性和可行性。2.針對離心泵內(nèi)部非定�？栈鲃犹匦赃M行分析,首先對比分析了不同汽蝕余量下誘導(dǎo)輪葉柵面和葉輪后蓋板上的壓力云圖和空泡體積分數(shù)分布圖,發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪葉頂前緣和葉輪進口根部最容易產(chǎn)生空化。并分析了高速離心泵內(nèi)空化發(fā)生、發(fā)展和惡化過程,以及相應(yīng)的空化流態(tài)變化;分析了不同汽蝕余量下沿誘導(dǎo)輪軸向位置的壓力系數(shù)分布、空泡體積分數(shù)分布和葉片載荷分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)離心泵空化發(fā)展過程對壓力系數(shù)分布影響較不明顯,對葉片載荷分布影響較大。3.采用高速攝像技術(shù)對前置誘導(dǎo)輪高速離心泵內(nèi)的空化流動進行了可視化拍攝實驗,得到了不同汽蝕余量下誘導(dǎo)輪和葉輪流道內(nèi)的空化演變過程。通過對可視化拍攝結(jié)果分析,將前置誘導(dǎo)輪高速離心泵內(nèi)空化發(fā)展過程分為三個階段:空化初生階段、空化發(fā)展階段和空化惡化階段,進一步揭示了離心泵內(nèi)空化發(fā)展過程和誘導(dǎo)輪不穩(wěn)定空化流動的時空演變規(guī)律。
【圖文】：

圖2.2整機三維結(jié)構(gòu)圖2.2數(shù)值模擬方法2.2.1控制方程在計算流體力學(xué)中，控制方程主要有質(zhì)量守恒方程和動量守恒方程，假設(shè)忽略溫度和重力對內(nèi)部流場的影響，工作介質(zhì)為清水和蒸汽，并且不考慮其壓縮性。（1）質(zhì)量守恒方程質(zhì)量守恒方程又稱連續(xù)性方程，在任意區(qū)域內(nèi)某種守恒量總量的改變，等于從邊界進入或離去的數(shù)量；守恒量不能夠增加或減少，只能夠從某一個位置轉(zhuǎn)移到另外一個位置。( ) ( ) ( )0t x y z u v w2-(1)式中，， 為流體介質(zhì)密度，t 為時間量，u、v、w 分別為 x、y、z 方向上速度矢量的分量。

論文 前置誘導(dǎo)輪高速離心泵內(nèi)空化cond=0.01；氣核體積分數(shù) nuc=5×10-4；空泡半徑 ]。進行網(wǎng)格劃分，其中對進口段、葉輪、前后腔間網(wǎng)格劃分，對誘導(dǎo)輪流道進行四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)示。由于網(wǎng)格無關(guān)性對計算精度具有重要影響，）828722；（2）1625325；（3）2465566；（4）426不同網(wǎng)格數(shù)的離心泵進行數(shù)值計算，結(jié)果如表 2知，當網(wǎng)格數(shù)達到 426 萬（方案 4），隨著網(wǎng)格數(shù) 1%。最終對計算精度和計算效率進行綜合考慮95。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH311

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本文編號：2686071