【摘要】： 高比轉(zhuǎn)速混流泵的主要過(guò)流部件是葉輪。葉輪是較為重要的轉(zhuǎn)能裝置,根據(jù)不同環(huán)量分布的要求可設(shè)計(jì)出不同葉片形狀的高比轉(zhuǎn)速混流泵,本文中設(shè)計(jì)主要采用了上凸環(huán)量分布、線(xiàn)性環(huán)量分布和下凸環(huán)量分布三種分布對(duì)葉輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。 水泵內(nèi)部的壓力分布是否合理(壓力梯度均勻)、速度矢量是否流暢(回流和二次流)、流線(xiàn)是否均勻和流暢、數(shù)值效率是否高等,一直是泵設(shè)計(jì)人員十分關(guān)心的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及計(jì)算流體力學(xué)等新學(xué)科的飛速發(fā)展,利用CFD對(duì)混流泵進(jìn)行內(nèi)部流場(chǎng)計(jì)算成為可能,并已成為重要的設(shè)計(jì)手段。本文對(duì)高比轉(zhuǎn)速混流泵全三維內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)而了解泵內(nèi)流動(dòng)的速度分布、壓力分布等流動(dòng)規(guī)律,并且為葉輪葉片設(shè)計(jì)提供參考。 本文將進(jìn)口喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉體和出口彎管四個(gè)過(guò)流部件進(jìn)行耦合,采用二元理論設(shè)計(jì)高比轉(zhuǎn)速混流泵葉輪,共設(shè)計(jì)模型3個(gè),模擬其內(nèi)部流場(chǎng)最設(shè)計(jì)工況下的三維不可壓縮湍流場(chǎng),分析其內(nèi)部流動(dòng),揭示其內(nèi)部流動(dòng)的主要現(xiàn)象、特征,從而為高比轉(zhuǎn)速混流泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能改進(jìn)提供依據(jù),主要工作如下: 1.簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外高比轉(zhuǎn)速混流泵研究現(xiàn)狀,闡述了高比轉(zhuǎn)速混流泵的設(shè)計(jì)方法,并在此基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù),對(duì)3個(gè)模型泵(上凸環(huán)量分布、線(xiàn)性環(huán)量分布、下凸環(huán)量分布)及與之對(duì)應(yīng)的空間導(dǎo)葉進(jìn)行設(shè)計(jì); 2.運(yùn)用Pro/Engineer Wildfire對(duì)設(shè)計(jì)的高比轉(zhuǎn)速混流泵整體過(guò)流通道(包括進(jìn)口喇叭管、葉輪流道、導(dǎo)葉體流道、出口彎管)進(jìn)行三維造型,造出3個(gè)模型泵實(shí)體; 3.簡(jiǎn)要介紹了大渦模型和數(shù)值模擬相關(guān)軟件,并利用ICEM-CFD,對(duì)高比轉(zhuǎn)速混流泵內(nèi)部過(guò)流通道進(jìn)行網(wǎng)格劃分; 4.采用Ansys CFX中提供的κ-ε為湍流模型,利用有限體積法對(duì)雷諾平均N-S方程進(jìn)行數(shù)值離散,對(duì)三個(gè)模型泵的不同流量下的三維不可壓縮、定常、湍流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了高比轉(zhuǎn)速混流泵內(nèi)部流場(chǎng)分布;并且對(duì)模型1的三維不可壓縮、非定常、湍流場(chǎng)進(jìn)行大渦數(shù)值模擬,得到其非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)流場(chǎng)分布; 5.介紹了揚(yáng)程、軸功率、水力效率預(yù)測(cè)值的計(jì)算方法和公式,對(duì)三個(gè)模型外特性曲線(xiàn)進(jìn)行性能預(yù)測(cè),最后將模型1性能預(yù)測(cè)曲線(xiàn)與試驗(yàn)得到的外特性曲線(xiàn)進(jìn)行比較。 通過(guò)以上工作,主要得到了以下結(jié)論: 1.CFD方法方便、快捷,能較為準(zhǔn)確的反映高比轉(zhuǎn)速混流泵內(nèi)部流場(chǎng)的分布規(guī)律; 2.模型2最高效率值較其它2個(gè)模型高,模型1的高效區(qū)范圍在3個(gè)模型中最寬,而且模型1的馬鞍區(qū)較小,模型2出現(xiàn)了較小的駝峰區(qū),今后應(yīng)對(duì)其模型進(jìn)行修改,以避免駝峰的出現(xiàn)。 3.通過(guò)非穩(wěn)態(tài)場(chǎng)的分析,揭示了穩(wěn)態(tài)場(chǎng)所不能揭示的高速旋轉(zhuǎn)葉輪以及導(dǎo)葉中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與時(shí)間形成的周期變化和脈動(dòng)現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TH313
【圖文】：

進(jìn)而將它們裝配起來(lái)，得到高比轉(zhuǎn)速混流泵整體的三維實(shí)體造型。3.5.1進(jìn)口喇叭管和彎管進(jìn)口喇叭管和彎管形狀較為規(guī)則，且造型比較簡(jiǎn)單，圖3.8、圖3.9即進(jìn)口喇叭管和彎管的三維造型。圖3.8進(jìn)口喇叭管圖圖3.9彎管圖3.5.2葉輪高比轉(zhuǎn)速混流泵的葉輪葉片為空間扭曲葉片，對(duì)于此類(lèi)不規(guī)則曲面的三維造型，本文采用“點(diǎn)一線(xiàn)一面一體”的思路，具體步驟如下:(l)輸入葉片壓力面流線(xiàn)、輪毅斷面及輪緣斷面與壓力面交線(xiàn)上點(diǎn)的空間坐標(biāo)，得到確定葉片壓力面所需的一系列點(diǎn)，葉片吸力面采用相同方法操作;(2)將上述相關(guān)點(diǎn)分別用曲線(xiàn)連接，得到壓力面、吸力面上的流線(xiàn)分布以及輪毅、輪緣與葉片交界面處的空間曲線(xiàn);(3)將相關(guān)空間曲線(xiàn)擬合，得到葉片壓力面與吸力面。若所得曲面并非十分光順，則需返回第一步，檢查相應(yīng)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值并做出適當(dāng)調(diào)整;(4)將壓力面、吸力面、進(jìn)口斷面、出口斷面、輪毅斷面以及輪緣斷面等六個(gè)曲面集實(shí)體化，得到葉輪葉片的初步三維實(shí)體造型;

進(jìn)而將它們裝配起來(lái)，得到高比轉(zhuǎn)速混流泵整體的三維實(shí)體造型。3.5.1進(jìn)口喇叭管和彎管進(jìn)口喇叭管和彎管形狀較為規(guī)則，且造型比較簡(jiǎn)單，圖3.8、圖3.9即進(jìn)口喇叭管和彎管的三維造型。圖3.8進(jìn)口喇叭管圖圖3.9彎管圖3.5.2葉輪高比轉(zhuǎn)速混流泵的葉輪葉片為空間扭曲葉片，對(duì)于此類(lèi)不規(guī)則曲面的三維造型，本文采用“點(diǎn)一線(xiàn)一面一體”的思路，具體步驟如下:(l)輸入葉片壓力面流線(xiàn)、輪毅斷面及輪緣斷面與壓力面交線(xiàn)上點(diǎn)的空間坐標(biāo)，得到確定葉片壓力面所需的一系列點(diǎn)，葉片吸力面采用相同方法操作;(2)將上述相關(guān)點(diǎn)分別用曲線(xiàn)連接，得到壓力面、吸力面上的流線(xiàn)分布以及輪毅、輪緣與葉片交界面處的空間曲線(xiàn);(3)將相關(guān)空間曲線(xiàn)擬合，得到葉片壓力面與吸力面。若所得曲面并非十分光順，則需返回第一步，檢查相應(yīng)位置點(diǎn)的坐標(biāo)值并做出適當(dāng)調(diào)整;(4)將壓力面、吸力面、進(jìn)口斷面、出口斷面、輪毅斷面以及輪緣斷面等六個(gè)曲面集實(shí)體化，得到葉輪葉片的初步三維實(shí)體造型;

葉片圖葉片圖葉片圖應(yīng)用Pro/Engineer對(duì)葉輪輪毅和葉片、導(dǎo)葉輪毅和導(dǎo)葉葉片進(jìn)行裝配，從而得到計(jì)算所需不同環(huán)量分布的3個(gè)模型實(shí)體造型，如下圖3.16~圖3.18.圖3.16模型1裝配圖圖3.17模型2裝配圖圖3.18模型3裝配圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786299