離心泵是應(yīng)用范圍量大面廣的葉輪機(jī)械,其中微小型離心泵因其特殊的尺寸范圍被廣泛用于微流體傳輸和醫(yī)療設(shè)備中,并得到了研究人員的廣泛關(guān)注。作為特殊尺寸的離心泵,微小型離心泵的工作中存在運(yùn)行不穩(wěn)定、效率低等影響使用的關(guān)鍵問(wèn)題。正確把握和精確捕捉泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)及其時(shí)空演化規(guī)律,對(duì)理解微小型離心泵的運(yùn)行不穩(wěn)定、內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)及流動(dòng)不穩(wěn)定性的成因具有重要意義。本文以微小型離心泵模型泵為研究對(duì)象,對(duì)不同運(yùn)行工況下葉輪內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行捕捉和分析,結(jié)合速度、壓力、流線、分離渦等流動(dòng)參數(shù)對(duì)內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)空演變和不穩(wěn)定表征展開分析。對(duì)不同工況下葉輪周向壓力脈動(dòng)和葉輪內(nèi)部流場(chǎng)的渦核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合能量梯度理論,從能量場(chǎng)的角度開展多工況微小型離心泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律的研究,為后續(xù)的微小型離心泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供更多的研究思路和分析依據(jù)。本文的主要工作包括:1.對(duì)微小型離心泵進(jìn)行了定常數(shù)值計(jì)算,獲得了離心泵的特性曲線;對(duì)不同流量工況下泵葉輪內(nèi)部速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、流線、渦核等流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了定性和定量的分析�；谀芰刻荻壤碚搶�(duì)微小型離心泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,并評(píng)估了不同流量工況下微小型離心泵葉輪內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),能量梯度函數(shù)能夠很好的捕捉機(jī)械能梯度突變區(qū)域和剪切力突變區(qū)域,而且能夠反映大尺度渦流對(duì)葉片表面造成的流動(dòng)不穩(wěn)定的影響。2.對(duì)微小型離心泵進(jìn)行了非定常數(shù)值計(jì)算,分析了葉輪內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的演變規(guī)律�；谀芰刻荻壤碚搹哪芰繄�(chǎng)角度對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了提取和分析,研究了內(nèi)部流場(chǎng)和能量梯度函數(shù)K隨時(shí)間變化的關(guān)聯(lián)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),隨著葉輪靠近隔舌流道中的小尺度渦的尺度逐漸增加,渦流的發(fā)展變化加劇了隔舌附近流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)程度。3.開展了周期性變流量工況下微小型離心泵非定常數(shù)值計(jì)算,采用正弦波形的流量函數(shù),對(duì)流量上升段、流量下降段和流量函數(shù)特殊位置點(diǎn)三種階段下離心泵葉輪內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)在流量變化階段,葉片壓力面附近流場(chǎng)的速度/壓力變化幅度巨大,加劇了壓力面附近流域的機(jī)械能梯度變化程度,且處于流量上升階段比流量下降階段更容易造成泵葉輪內(nèi)的流動(dòng)不穩(wěn)定。最后根據(jù)多種工況下泵葉輪內(nèi)部的流動(dòng)特性,發(fā)現(xiàn)盡管不同運(yùn)行工況下的微小型離心泵葉輪的流動(dòng)特性各有差異,但均存在流動(dòng)損失大,流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高以及局部流場(chǎng)壓力脈動(dòng)強(qiáng)烈等現(xiàn)象之間的相互影響。流動(dòng)不穩(wěn)定區(qū)域往往伴隨著流場(chǎng)的速度、壓力和剪切力強(qiáng)度等流動(dòng)參數(shù)的突變,因此采用能量梯度理論從能量場(chǎng)角度對(duì)流場(chǎng)內(nèi)部流動(dòng)特性展開分析是可行并且合理的。
【學(xué)位單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH311
【文章目錄】：
摘要
Abstract
主要符號(hào)說(shuō)明
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 常規(guī)尺寸離心泵內(nèi)部流動(dòng)研究進(jìn)展
        1.2.2 微小型離心泵內(nèi)部流動(dòng)研究進(jìn)展
    1.3 本文的主要工作
第二章 控制方程和數(shù)值方法
    2.1 幾何模型
    2.2 網(wǎng)格生成
    2.3 控制方程
    2.4 離散格式和湍流模型
        2.4.1 離散格式
        2.4.2 湍流模型
    2.5 邊界條件設(shè)置
        2.5.1 進(jìn)出口邊界條件
        2.5.2 交界面邊界設(shè)置
    2.6 能量梯度理論簡(jiǎn)介
        2.6.1 能量梯度理論簡(jiǎn)介
        2.6.2 能量梯度函數(shù)K值計(jì)算
第三章 微小型離心泵定常計(jì)算流場(chǎng)分析
    3.1 引言
    3.2 外特性分析
    3.3 定常計(jì)算結(jié)果分析
        3.3.1 葉輪內(nèi)相對(duì)速度和壓力分布
        3.3.2 能量梯度和剪切力做功研究
        3.3.3 能量梯度函數(shù)K值分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 微小型離心泵非定常計(jì)算流場(chǎng)分析
    4.1 引言
    4.2 葉輪與隔舌的相對(duì)位置
    4.3 非定常計(jì)算結(jié)果分析
        4.3.1 葉輪內(nèi)速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分析
        4.3.2 葉輪內(nèi)渦流核結(jié)構(gòu)分析
        4.3.3 葉輪周向位置壓力脈動(dòng)分布研究
        4.3.4 機(jī)械能梯度和剪切力做功分析
        4.3.5 能量梯度函數(shù)K值分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 微小型離心泵周期性變流量工況下流場(chǎng)分析
    5.1 引言
    5.2 周期性變流量工況的流量選定與階段劃分
    5.3 周期性變流量工況結(jié)果分析
        5.3.1 揚(yáng)程變化規(guī)律
        5.3.2 流量上升過(guò)程內(nèi)部流動(dòng)研究
        5.3.3 流量下降過(guò)程內(nèi)部流動(dòng)研究
        5.3.4 流量特殊位置工況點(diǎn)內(nèi)部流動(dòng)研究
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間研究成果
致謝

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本文編號(hào)：2883455