本文關(guān)鍵詞：半開(kāi)式葉輪高速離心泵內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在石油化工、航空航天等領(lǐng)域,半開(kāi)式離心泵由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、無(wú)堵塞性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。為避免葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中與泵殼發(fā)生碰撞或摩擦,需要在葉輪前端軸向位置設(shè)置一定的軸向間隙。國(guó)內(nèi)外針對(duì)半開(kāi)式葉輪軸向間隙對(duì)泵性能的影響已有一些研究成果,但關(guān)于半開(kāi)式離心泵葉輪軸向間隙如何取值,最佳軸向間隙如何確定以及軸向間隙內(nèi)流體的流動(dòng)規(guī)律等問(wèn)題的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。因此本文以國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)提供的一臺(tái)單級(jí)單吸航空燃油離心泵為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬的方法研究了半開(kāi)式離心泵軸向間隙對(duì)泵內(nèi)部流動(dòng)的影響。本文的主要工作和研究結(jié)果如下:1.對(duì)半開(kāi)式葉輪軸向間隙取值,依據(jù)公式??1/5=0.37 Rex?x???可計(jì)算得到葉輪出口處邊界層厚度為0.3mm,隨后在邊界層厚度周?chē)〉幂S向間隙值分別為0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)五種不同間隙值的半開(kāi)式離心泵進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn):軸向間隙為0.3mm時(shí),此臺(tái)泵在設(shè)計(jì)工況附近效率最高。間隙為0.25mm時(shí),泵的揚(yáng)程較高,但效率略低于0.3mm間隙時(shí),當(dāng)間隙值大于0.3mm時(shí),隨著間隙的增大,泵的揚(yáng)程和效率均降低。為了驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性,將原廠(chǎng)出廠(chǎng)試驗(yàn)(該廠(chǎng)產(chǎn)品軸向間隙值為0.35mm)的外特性與間隙值為0.35mm的半開(kāi)式葉輪離心泵的數(shù)值模擬結(jié)果做對(duì)比,發(fā)現(xiàn)揚(yáng)程誤差不超過(guò)3%,效率誤差不超過(guò)4.3%,說(shuō)明本文采用的數(shù)值模擬方法是可行的。2.為了研究半開(kāi)式葉輪軸向間隙的泄漏量,對(duì)0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm五種不同軸向間隙的流場(chǎng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):間隙內(nèi)的流體既有圓周速度,也有徑向速度。其圓周速度在0.8-0.95倍的葉輪圓周速度之間變化,間隙值越小,圓周速度越大,隨著間隙值的增大,流體的圓周速度逐漸減小。其徑向速度為負(fù)值,表明間隙層內(nèi)的流體流動(dòng)方向與葉輪內(nèi)流體的流動(dòng)方向相反,即存在間隙泄漏。通過(guò)對(duì)徑向速度做平均值,乘以間隙進(jìn)口面積,求出不同間隙的泄漏量,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn):隨著軸向間隙值增大,間隙泄漏量逐漸增大。3.通過(guò)對(duì)不同軸向間隙半開(kāi)式葉輪內(nèi)的流場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn):在相同軸向間隙下,相同半徑處,葉輪葉片靠近間隙一側(cè)的壓力低于靠近后蓋板側(cè)的壓力;在軸向間隙為0.25mm時(shí),半開(kāi)式葉輪葉片背面靠近入口位置存在低壓區(qū),隨著軸向間隙值的增大,該位置的低壓區(qū)域逐漸減少,由此可見(jiàn)軸向間隙的增大在一定程度上能夠改善半開(kāi)式葉輪的空化性能。4.為了研究半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪在同樣的葉輪參數(shù)下性能的差異,對(duì)本文所研究的半開(kāi)式葉輪加了2mm厚的前蓋板,對(duì)這樣形成的閉式離心泵進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)閉式葉輪和0.3mm軸向間隙的半開(kāi)式葉輪數(shù)值模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn):相同流量下,閉式葉輪揚(yáng)程普遍比半開(kāi)式葉輪要高1.5m-2m,在設(shè)計(jì)工況下高出1.7m,設(shè)計(jì)工況下半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪的揚(yáng)程比為0.876,在總流量范圍內(nèi)是揚(yáng)程比在0.82-0.88之間變化。該結(jié)論是否具有普遍意義還有待研究。5.利用非定常數(shù)值模擬方法研究了葉片前緣壓力脈動(dòng)特性,通過(guò)對(duì)葉片頂端壓力脈動(dòng)的分析可以看出:在一個(gè)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi),壓力脈動(dòng)次數(shù)與葉片數(shù)相等,壓力脈動(dòng)的主頻為葉片通過(guò)頻率;隨著軸向間隙的增大,葉片前緣壓力脈動(dòng)幅值逐漸減小,說(shuō)明軸向間隙值的增大改善了半開(kāi)式離心泵內(nèi)部流動(dòng)的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：離心泵 半開(kāi)式 高速 內(nèi)部流動(dòng) 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH311
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 課題研究背景及意義12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 軸流式葉輪機(jī)械間隙研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 離心式葉輪機(jī)械間隙研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 軸向間隙取值的研究14-15
• 1.2.4 間隙壓力脈動(dòng)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 第2章 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)流動(dòng)理論17-26
• 2.1 流體力學(xué)的研究方法概述17
• 2.2 CFD數(shù)值計(jì)算步驟17
• 2.3 流動(dòng)控制方程17-20
• 2.4 計(jì)算域與控制方程的離散20-21
• 2.5 湍流模型理論21-24
• 2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε 湍流模型22
• 2.5.2 RNG k-ε 湍流模型22-23
• 2.5.3 Realizable k-ε 湍流模型23-24
• 2.6 本章小結(jié)24-26
• 第3章半開(kāi)式離心泵的數(shù)值模擬26-37
• 3.1 泵的性能參數(shù)26-27
• 3.2 研究方案的確定27
• 3.3 半開(kāi)式離心泵三維實(shí)體模型建立27-29
• 3.3.1 葉輪水體建模28-29
• 3.4 網(wǎng)格劃分概述29-33
• 3.4.1 網(wǎng)格類(lèi)型介紹29-30
• 3.4.2 模型的網(wǎng)格劃分30-31
• 3.4.3 進(jìn)出口延伸網(wǎng)格劃分31
• 3.4.4 葉輪網(wǎng)格劃分31-32
• 3.4.5 蝸殼網(wǎng)格劃分32
• 3.4.6 網(wǎng)格組裝及檢查32-33
• 3.4.7 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)33
• 3.5 Fluent數(shù)值模擬33-36
• 3.5.1 啟動(dòng)fluent求解器34
• 3.5.2 讀入計(jì)算網(wǎng)格34
• 3.5.3 統(tǒng)一計(jì)算單位34-35
• 3.5.4 計(jì)算模型的設(shè)置35
• 3.5.5 設(shè)置邊界條件35
• 3.5.6 模型的求解與初始化35-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4章 離心泵的數(shù)值模擬結(jié)果及性能分析37-47
• 4.1 設(shè)計(jì)工況下半開(kāi)式離心泵內(nèi)部流動(dòng)分析37-41
• 4.1.1 葉片表面壓力分布37-38
• 4.1.2 葉輪中間截面速度分布38-39
• 4.1.3 間隙層中間截面壓力云圖39
• 4.1.4 葉輪流道內(nèi)速度流線(xiàn)39
• 4.1.5 設(shè)計(jì)工況下不同軸向間隙的速度分布39-40
• 4.1.6 設(shè)計(jì)工況下間隙泄漏流量隨間隙的變化40-41
• 4.2 外特性分析41-44
• 4.3 設(shè)計(jì)工況下泵性能隨軸向間隙值的變化規(guī)律44
• 4.4 幾何參數(shù)相同的半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪揚(yáng)程比較44-46
• 4.4.1 計(jì)算模型44-45
• 4.4.2 揚(yáng)程分析45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第5章 非設(shè)計(jì)工況下半開(kāi)式葉輪內(nèi)部流動(dòng)分析47-55
• 5.1 軸向間隙對(duì)半開(kāi)式葉輪離心泵性能的影響47-48
• 5.2 小流量工況性能分析48-49
• 5.3 大流量工況性能分析49-50
• 5.4 軸向間隙對(duì)半開(kāi)式葉輪離心泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的影響50-54
• 5.4.1 參數(shù)設(shè)置50
• 5.4.2 邊界條件的設(shè)置50
• 5.4.3 非定常壓力脈動(dòng)特性分析50-51
• 5.4.4 小流量工況下壓力脈動(dòng)特性的計(jì)算結(jié)果與分析51-53
• 5.4.5 大流量工況下葉片頂端壓力脈動(dòng)特性分析53-54
• 5.5 本章小結(jié)54-55
• 第6章 總結(jié)與展望55-57
• 1. 結(jié)論55-56
• 2. 不足與展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 致謝61-62
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文62

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本文編號(hào)：317760