發(fā)布時間：2017-04-20 13:00

  本文關鍵詞：離心泵進口回流誘導的空化特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：離心泵在低于設計流量下運行時,由于葉片前緣的壓力差,在葉輪的進口處會產生回流,并伴隨著流量以及壓力波動,嚴重時會誘發(fā)振動與噪聲。旋轉的回流會和主流剪切形成回流漩渦,漩渦附近的壓力一般較低,容易發(fā)生漩渦空化。本文首先采用三種不同的軟件模擬低比轉速離心泵的性能曲線,并與試驗對比,然后選取預測性能結果最精確的數值模擬軟件研究無空化工況下葉輪進口處的回流特性,以及空化工況下進口回流誘導的空化特性,從而分析出低比轉速離心泵葉輪進口處的回流流動規(guī)律、回流漩渦引起的空化問題及其對空化性能的影響等。本文的主要工作和成果如下:1.闡述了回流漩渦空化的研究背景和發(fā)生機理。簡要介紹了進口回流、回流漩渦空化、空化數值模擬的國內外研究現狀。2.總結了CFX軟件、Fluent軟件、Pump Linx軟件所采用的空化模型,然后對低比轉速離心泵進行開式空化性能試驗,發(fā)現在整個流量范圍內,Pump Linx軟件對第Ⅰ臨界空化系數sⅠ的模擬較為準確,Fluent軟件對第Ⅱ臨界空化系數sⅡ的模擬較為準確;在小流量范圍內,CFX軟件對sⅠ和sⅡ的模擬均較為準確。由于本文研究的工況集中在小流量范圍,最終確定使用CFX軟件進行后續(xù)的空化數值模擬。3.采用CFX軟件詳細分析無空化工況下回流的產生對葉輪進口流場的影響,并且在此基礎上加載空化模型,著重分析葉輪內的空泡體積分布對泵揚程下降的影響,并探討進口回流區(qū)域的定常空化特性。主要結論有:(1)回流改變了進口流場特性和空化特性:可能會加速主流區(qū)域發(fā)生空化;進水管各截面最高總壓出現的位置呈現逆時針分布;在葉片前緣附近,r/R1=0.5上流體的靜壓最低;葉片上空化出現的位置發(fā)生變化。(2)在設計工況點1.0Qd,葉輪內的空泡分布均勻。在小流量工況點0.4Qd,整個葉輪內的空泡呈現了明顯的不對稱性分布。當空化系數σ=0.249,葉片前緣附近會發(fā)生明顯的回流漩渦空化。而當空化系數σ=0.049,葉片1、葉片6之間的回流漩渦空化消失。(3)回流漩渦空化的初生是非附著狀態(tài),隨著空化系數的降低,回流漩渦空化逐漸附著到葉片上。回流漩渦空化的發(fā)展和潰滅使得泵的空化特性曲線在急劇下降前出現了一段緩慢上升的趨勢。4.在定常空化模擬結果的基礎上進行非定�？栈瘮抵涤嬎�,分別從揚程和空泡體積的波動、回流的軸向速度波動、壓力脈動三個方面闡述,探討回流漩渦空化產生的影響,同時研究葉片前緣附近的回流漩渦空化隨時間的發(fā)展過程。主要結論有:(1)在0.4Qd、σ=0.056工況下,回流漩渦空化的發(fā)展會隨著葉片的旋轉而發(fā)生變化。在葉片前緣面,存在3個旋轉的回流漩渦空化分量。同時揚程波動、空泡體積波動以及葉輪進口回流的軸向速度波動發(fā)生變化。(2)隨著空化系數的降低,進水管中心線處的主頻逐漸向低頻區(qū)偏移,幅值逐漸增加。在0.4Qd、σ=1.923工況和σ=0.764工況,未出現回流漩渦空化,進水管中心線處的主頻是軸頻fb,而在σ=0.056工況,主頻偏移到0.2倍的葉頻fn。(3)對葉輪進口面和葉片前緣處的壓力脈動監(jiān)測點進行相位交叉分析。在0.4Qd、σ=0.056工況下,葉輪進口面并未出現旋轉分量,在葉片前緣附近,出現3個旋轉分量,其傳播頻率比分別是0.35、0.66、1.95。
【關鍵詞】：離心泵 試驗 數值模擬 回流 空化 壓力脈動
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題研究的背景及意義12-13
• 1.2 回流漩渦空化的形成機理13-15
• 1.3 國內外研究現狀15-18
• 1.3.1 進口回流的研究現狀15-16
• 1.3.2 回流漩渦空化的研究現狀16-17
• 1.3.3 空化數值模擬的研究現狀17-18
• 1.4 本文研究的主要內容18-20
• 第二章 離心泵內部空化流動的數值模擬研究20-37
• 2.1 CFD模擬軟件20
• 2.2 空化模型20-24
• 2.3 模型泵的三維模型和網格劃分24-28
• 2.3.1 離心泵三維模型24-25
• 2.3.2 網格無關性分析25-28
• 2.4 數值計算方法28-30
• 2.4.1 邊界條件設定28-29
• 2.4.2 湍流模型的選取29-30
• 2.4.3 空化模型的選取及求解策略30
• 2.5 試驗驗證30-36
• 2.5.1 試驗臺搭建30-31
• 2.5.2 外特性對比31-32
• 2.5.3 空化特性對比32-36
• 2.6 本章小結36-37
• 第三章 離心泵回流漩渦空化的定常特性研究37-57
• 3.1 定常計算結果及分析37-45
• 3.1.1 葉輪進口的流動分析37-38
• 3.1.2 葉片進口的流動分析38-39
• 3.1.3 進水管中的預旋39-41
• 3.1.4 進水管中的主流速度41-42
• 3.1.5 進水管中的總壓分布42-44
• 3.1.6 葉輪進口靜壓分布和總壓分布44-45
• 3.2 空化計算結果及分析45-55
• 3.2.1 不同流量下葉輪內的空泡分布46-52
• 3.2.2 不同壓力下葉輪進口回流52-54
• 3.2.3 回流與葉片空化54-55
• 3.3 本章小結55-57
• 第四章 離心泵回流漩渦空化的非定常特性及壓力脈動研究57-73
• 4.1 非定常數值模擬策略57-58
• 4.1.1 數值計算方法57
• 4.1.2 時間步長設置57-58
• 4.2 揚程和空穴體積波動58-61
• 4.3 回流的軸向速度波動61-62
• 4.4 回流漩渦空化的發(fā)展過程62-64
• 4.5 壓力脈動結果及分析64-71
• 4.5.1 進水管中心線處的壓力脈動64-68
• 4.5.2 葉輪和葉片前緣處的壓力脈動68-71
• 4.6 本章小結71-73
• 第五章 總結與展望73-76
• 5.1 研究總結73-75
• 5.2 研究展望75-76
• 參考文獻76-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士學位期間參加的科研項目和發(fā)表的論文82

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