本文關(guān)鍵詞：分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵一般指比轉(zhuǎn)數(shù)ns=30~80的離心泵,具有流量小、揚(yáng)程高的特點(diǎn)。效率偏低、內(nèi)部流動(dòng)易失穩(wěn)、運(yùn)行不穩(wěn)定是低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵最突出的問(wèn)題。其中,運(yùn)行穩(wěn)定性是泵安全使用的前提,而泵運(yùn)行不穩(wěn)定是由其內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定引起的,包括流動(dòng)結(jié)構(gòu)和能量結(jié)構(gòu)變化等因素的影響。因此,研究離心泵的穩(wěn)定性需要分析其內(nèi)部流動(dòng)特性,進(jìn)而分析導(dǎo)致離心泵運(yùn)行不穩(wěn)定的內(nèi)在機(jī)理。同時(shí),采用分流葉片設(shè)計(jì)法已成為改善低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的重要途徑。為分析添加分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵性能和內(nèi)部流動(dòng)特性的影響,本文以有/無(wú)分流葉片兩種方案為研究對(duì)象,其中兩種方案分別為4+4方案和6方案。目前,試驗(yàn)流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)是分析低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性的兩種主要方法。因此,本文采用試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵有/無(wú)分流葉片兩種方案的內(nèi)部流動(dòng)特性及其對(duì)泵性能的影響進(jìn)行分析,以揭示分流葉片對(duì)內(nèi)部流動(dòng)影響的內(nèi)在機(jī)理,為完善分流葉片設(shè)計(jì)法和提高低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵性能提供理論基礎(chǔ)。本文主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)為:1.采用PIV測(cè)試技術(shù)對(duì)兩種方案在不同工況、不同相位下葉輪流道內(nèi)的速度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,分析內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)結(jié)構(gòu)的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律,以揭示內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)對(duì)離心泵性能的影響。同時(shí),分析分流葉片對(duì)泵性能曲線和內(nèi)部流動(dòng)特性的影響。研究結(jié)果表明:4+4方案各流量點(diǎn)的揚(yáng)程均高于6方案,且6方案的駝峰現(xiàn)象比4+4方案嚴(yán)重。兩種方案葉輪流道內(nèi)的絕對(duì)速度隨流量變化不大,4+4方案流道內(nèi)的絕對(duì)速度比6方案稍大,但6方案的速度分布比4+4方案均勻。在設(shè)計(jì)工況下,兩種方案的相對(duì)速度分布基本沿葉片型線流動(dòng);在大流量工況下,由于隔舌對(duì)流體的堵塞會(huì)導(dǎo)致流體在4+4方案流道中間和6方案流道出口積聚,形成高速區(qū);而在小流量工況下,4+4方案葉輪流道內(nèi)的相對(duì)速度分布比6方案均勻,且低速區(qū)面積較小,速度梯度小,說(shuō)明6方案在小流量工況下更易失穩(wěn),從而產(chǎn)生流動(dòng)分離、回流、漩渦等不穩(wěn)定流動(dòng)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其性能曲線更易出現(xiàn)駝峰;同時(shí),分流葉片可抑制葉輪流道內(nèi)尾流的發(fā)展,從而改善葉輪出口處的“射流—尾跡”結(jié)構(gòu)。在小流量工況下隔舌對(duì)內(nèi)部流動(dòng)的影響最大,在設(shè)計(jì)工況下隔舌對(duì)內(nèi)部流動(dòng)的影響最小。2.對(duì)不同工況下兩種方案的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,分析流體在進(jìn)水段、葉輪和蝸殼內(nèi)的流動(dòng)特性,并利用速度螺旋度表示流體在蝸殼內(nèi)的二次流強(qiáng)度,以揭示小流量工況下性能曲線形成駝峰的內(nèi)在原因及分流葉片對(duì)駝峰現(xiàn)象的影響。同時(shí),首次對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行能量梯度分析,并與其內(nèi)部壓力分布和湍動(dòng)能分布進(jìn)行對(duì)比,以發(fā)現(xiàn)表征內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的最佳參數(shù)。研究結(jié)果表明:兩種方案在小流量工況下均存在不同程度的駝峰,且6方案的駝峰現(xiàn)象比4+4方案嚴(yán)重,駝峰現(xiàn)象的產(chǎn)生原因主要有三個(gè)方面:(1)在小流量工況下,兩種方案葉輪進(jìn)口會(huì)出現(xiàn)回流且會(huì)逆著主流方向回流至進(jìn)水段,造成流道堵塞,由于進(jìn)口回流存在圓周方向的速度分量,根據(jù)泵基本方程可知,該流動(dòng)結(jié)構(gòu)會(huì)使泵揚(yáng)程下降。(2)在小流量工況下,6方案中靠近隔舌的葉輪流道內(nèi)存在旋轉(zhuǎn)方向相反的進(jìn)、出口漩渦且在流道內(nèi)不斷發(fā)展甚至?xí)氯麄�(gè)流道,從而降低流道的過(guò)流能力,使得在葉片進(jìn)口區(qū)域存在大面積回流區(qū),導(dǎo)致泵揚(yáng)程下降。但4+4方案由于分流葉片對(duì)進(jìn)、出口漩渦發(fā)展具有一定的限制作用,從而保證流道具有一定的過(guò)流能力,使得揚(yáng)程下降幅度減小,即駝峰現(xiàn)象減輕。(3)在小流量工況下,蝸殼截面內(nèi)的反向?qū)ΨQ漩渦不再對(duì)稱且其中一側(cè)漩渦的發(fā)展占主導(dǎo)地位。在6方案中,另一側(cè)漩渦不斷被擠壓至葉輪出口處,從而影響葉輪做功能力和蝸殼的能量轉(zhuǎn)換能力,導(dǎo)致泵揚(yáng)程下降;但在4+4方案中,另一側(cè)漩渦在蝸殼截面內(nèi)仍占據(jù)一定的范圍,能力損失減小。同時(shí),隨著流量的減小,泵內(nèi)部壓力梯度、湍動(dòng)能和能量梯度均逐漸增大,說(shuō)明流動(dòng)易失穩(wěn),從而誘發(fā)駝峰現(xiàn)象;對(duì)比內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的不同表征參數(shù)可知,能量梯度對(duì)內(nèi)部失穩(wěn)區(qū)域的表征更全面、明顯。3.對(duì)比分析兩種方案的扭矩、徑向力、周向壓力分布、葉輪內(nèi)的非定常流動(dòng)及隔舌區(qū)域的脈動(dòng)特性,以揭示分流葉片對(duì)內(nèi)部非定常流動(dòng)特性的影響。研究結(jié)果表明:兩種方案在小流量工況下扭矩隨時(shí)間呈類似正弦曲線波動(dòng)且脈動(dòng)最大;在設(shè)計(jì)工況和大流量工況下由于葉輪內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定使得扭矩脈動(dòng)較小,但在大流量工況扭矩的變化趨勢(shì)與設(shè)計(jì)工況和小流量工況相反,呈類似余弦曲線變化。在不同工況下4+4方案的徑向力及其脈動(dòng)幅值均比6方案大,說(shuō)明添加分流葉片使得葉片與隔舌的動(dòng)靜干涉作用增強(qiáng),水力不平衡性增加。兩種方案葉輪出口周向壓力分布在設(shè)計(jì)工況下比較均勻,但在非設(shè)計(jì)工況下脈動(dòng)明顯增大,且在大流量工況下的變化趨勢(shì)與小流量工況相反;壓力分布波動(dòng)數(shù)與葉片數(shù)有關(guān),4+4方案周向壓力脈動(dòng)比6方案明顯,且在隔舌區(qū)域的脈動(dòng)最大,說(shuō)明隔舌區(qū)域動(dòng)靜干涉作用最強(qiáng)。當(dāng)葉片逐漸靠近隔舌時(shí),在葉片壓力面出口位置處形成低速區(qū)并產(chǎn)生與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦;而當(dāng)葉片遠(yuǎn)離隔舌時(shí),出口漩渦逐漸消失�？拷羯鄥^(qū)域的脈動(dòng)特性是由葉輪和蝸殼內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)靜干涉作用共同影響形成的,在設(shè)計(jì)工況和大流量工況下的影響因素主要是“射流—尾跡”結(jié)構(gòu)和回流,而在小流量工況下主要受葉輪出口漩渦的影響,且由于4+4方案動(dòng)靜干涉作用增加,使其靠近隔舌區(qū)域的脈動(dòng)比6方案大。
【關(guān)鍵詞】：低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵 分流葉片 不穩(wěn)定流動(dòng) PIV試驗(yàn) 數(shù)值計(jì)算
【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】：2016
【分類號(hào)】：TH311
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究目的與意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值計(jì)算的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 內(nèi)部流動(dòng)PIV測(cè)量的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)流影響的試驗(yàn)研究19-38
• 2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>19-21
• 2.2 外特性試驗(yàn)21-22
• 2.2.1 試驗(yàn)裝置21
• 2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果21-22
• 2.3 PIV試驗(yàn)22-37
• 2.3.1 PIV試驗(yàn)原理22-23
• 2.3.2 PIV試驗(yàn)裝置23-24
• 2.3.3 PIV試驗(yàn)方案24-25
• 2.3.4 絕對(duì)速度分析25-30
• 2.3.5 相對(duì)速度分析30-35
• 2.3.6 動(dòng)靜干涉分析35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)流影響的數(shù)值計(jì)算38-63
• 3.1 計(jì)算網(wǎng)格38-40
• 3.1.1 三維造型38
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分38-40
• 3.2 計(jì)算設(shè)置40-42
• 3.2.1 控制方程40-41
• 3.2.2 湍流模型41-42
• 3.2.3 邊界條件42
• 3.3 性能預(yù)測(cè)結(jié)果42-43
• 3.4 低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵駝峰現(xiàn)象的形成原因43-55
• 3.4.1 進(jìn)水段內(nèi)流動(dòng)分析43-44
• 3.4.2 葉輪內(nèi)流動(dòng)分析44-49
• 3.4.3 蝸殼內(nèi)流動(dòng)分析49-55
• 3.5 內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的參數(shù)表征55-61
• 3.5.1 壓力分布55-56
• 3.5.2 湍動(dòng)能分布56-58
• 3.5.3 能量梯度分布58-61
• 3.6 本章小結(jié)61-63
• 第四章 分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部非定常特性的影響63-79
• 4.1 受力分析63-66
• 4.1.1 扭矩63-64
• 4.1.2 徑向力64-66
• 4.2 周向壓力分布66-67
• 4.3 內(nèi)部流動(dòng)分析67-69
• 4.4 隔舌區(qū)域脈動(dòng)分析69-77
• 4.5 本章小結(jié)77-79
• 第五章 總結(jié)與展望79-83
• 5.1 研究總結(jié)79-81
• 5.2 研究展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 致謝88-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加項(xiàng)目和發(fā)表論文89

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉元義;低比轉(zhuǎn)數(shù)沖壓焊接離心泵粘性設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2005年04期

2 武鵬;王樂(lè)勤;吳大轉(zhuǎn);黃列群;薛存球;;基于內(nèi)流分析的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵設(shè)計(jì)與改進(jìn)[J];化工機(jī)械;2009年04期

3 遲秋立;張曉光;姜元鋒;李東霖;;低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程師;2012年08期

4 遲秋立;李秀鵬;張曉光;;低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵設(shè)計(jì)實(shí)踐[J];水泵技術(shù);2012年04期

5 楊孫圣;李強(qiáng);黃志攀;孔繁余;石海峽;;不同比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵作透平研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2013年03期

6 李燕生,賀振華;低比轉(zhuǎn)數(shù)向心透平的吹風(fēng)試驗(yàn)研究[J];上海機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào);1980年02期

7 李文治;;關(guān)于比轉(zhuǎn)數(shù)問(wèn)題的分析[J];機(jī)械;1987年04期

8 陳茂慶;;自吸離心泵比轉(zhuǎn)數(shù)的探討[J];排灌機(jī)械;1991年04期

9 璩令明;不同標(biāo)準(zhǔn)下泵與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)的換算[J];電站輔機(jī);1995年01期

10 陳茂慶;高比轉(zhuǎn)數(shù)自吸離心泵設(shè)計(jì)方法的探討[J];水泵技術(shù);1996年02期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 王業(yè)芳;分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性的影響[D];江蘇大學(xué);2016年

2 陳煒;低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)流模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];浙江大學(xué);2007年

3 朱衛(wèi)華;極低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)與流動(dòng)分析[D];清華大學(xué);2002年

4 許旭東;高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵葉輪水力設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)的研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：分流葉片對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：336752