【摘要】：由于采用長短葉片相間設(shè)計的復(fù)合式葉輪能夠避免葉片進(jìn)口排擠、有效阻止渦流及脫流的產(chǎn)生和發(fā)展及改善葉輪流道的擴(kuò)散狀況,使其具有流量小、揚(yáng)程高、高效、小流量穩(wěn)定等性能指標(biāo),同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便等特點。目前,具有長短葉片的復(fù)合式葉輪已廣泛應(yīng)用于石化、輕工及航空航天等領(lǐng)域。 不同的短葉片設(shè)置方案對離心泵性能有不同的影響,故有必要從離心葉輪內(nèi)特性出發(fā)來研究分析短葉片不同設(shè)置方案對泵外特性的影響。本文采用三維湍流數(shù)值模擬方法對三種不同短葉片設(shè)置方案的葉輪內(nèi)流場進(jìn)行研究,同時利用粒子圖像速度儀(PIV)測試了其中兩副葉輪的內(nèi)流場,分析得出了長短葉片離心葉輪內(nèi)部流動參數(shù)的分布規(guī)律；本文最后在前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了三副低比轉(zhuǎn)速高速離心泵,利用ANSYS CFX軟件計算了其全流道的三維定常湍流流動；研究結(jié)果對長短葉片離心葉輪的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計有一定的參考價值。 本文的主要工作有： 1、結(jié)合AutoCAD與Pro/ENGINEER軟件對葉輪及蝸殼進(jìn)行三維實體造型,采用ICEM-CFD軟件對葉輪及蝸殼進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分； 2、基于雷諾時均Navier-Stockes方程和標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型,利用CFD軟件(ANSYS CFX11.0)對三副長短葉片離心葉輪在七種不同流量工況進(jìn)行全流道定常數(shù)值模擬,捕捉了葉輪內(nèi)部相對速度、靜壓等重要流動參數(shù)的分布規(guī)律,并進(jìn)行對比分析； 3、應(yīng)用粒子圖像速度儀(PIV)對2副長短葉片離心葉輪的同一個葉槽在五種流量工況下的內(nèi)流場進(jìn)行測試研究,分析得到了葉輪中間斷面的相對速度矢量圖和等值線圖,并對比分析不同葉輪內(nèi)部相對速度分布狀況； 4、對比分析了數(shù)值模擬結(jié)果和PIV測試結(jié)果,分析了兩者之間存在差異的原因； 5、介紹了低比轉(zhuǎn)速高速離心泵的設(shè)計理論,設(shè)計了三副短葉片起始直徑不同的復(fù)合葉輪及蝸殼,采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對高速離心泵進(jìn)行整機(jī)網(wǎng)格剖分,數(shù)值模擬計算了五種流量工況下的內(nèi)流場,對比分析了葉輪內(nèi)部的靜壓場及相對速度場,分析了短葉片起始直徑不同對內(nèi)部流動的影響。
[Abstract]:Because the composite impeller with long and short blade interphase design can avoid the extrusion of blade inlet, prevent the generation and development of eddy current and deflow effectively and improve the diffusive condition of impeller runner, the impeller has small flow rate, high lift and high efficiency. Small flow stability and other performance indicators, with compact structure, easy maintenance and other characteristics. At present, composite impellers with long and short blades have been widely used in petrochemical, light industry, aerospace and other fields. Different short blade setting schemes have different effects on the performance of centrifugal pump, so it is necessary to study and analyze the influence of different short blade setting schemes on the external characteristics of centrifugal impeller from the point of view of the inner characteristics of centrifugal impeller. In this paper, three dimensional turbulence numerical simulation method is used to study the flow field in impeller with three different short blade schemes, and the inner flow field of two impellers is measured by particle image velocimeter (PIV). The distribution of flow parameters in long and short blade centrifugal impellers is obtained. Finally, three pairs of low specific speed and high speed centrifugal pumps are designed on the basis of previous studies, and the three-dimensional steady turbulent flow in the whole flow channel is calculated by ANSYS CFX software. The results have some reference value for the further optimization design of the centrifugal impeller with long and short blades. The main work of this paper is as follows: 1. Using AutoCAD and Pro/ENGINEER software to model the impeller and volute, using ICEM-CFD software to mesh the impeller and volute. 2. Based on the Reynolds time averaged Navier-Stockes equation and the standard k- 蔚 two-equation turbulence model, the three-pair long and short blade centrifugal impellers are numerically simulated in seven different flow conditions using CFD software (ANSYS CFX11.0). The distribution law of relative velocity, static pressure and other important flow parameters in the impeller are captured and compared. 3. Using particle image velocimeter (PIV), the internal flow field of two pairs of centrifugal impellers with long and short blades under five flow conditions is tested and studied, and the relative velocity vector diagram and isoline diagram of the middle section of impeller are obtained. The relative velocity distribution in different impellers is compared and analyzed. 4. The results of numerical simulation and PIV test are compared and the reasons for the difference between the two are analyzed. 5. The design theory of low specific speed and high speed centrifugal pump is introduced. Three sets of composite impellers and volutes with different starting diameters of short blades are designed, and the whole machine mesh of high speed centrifugal pump is divided by unstructured grid. The internal flow field under five flow conditions is numerically simulated. The static pressure field and relative velocity field in the impeller are compared and the influence of the initial diameter of the short blade on the internal flow is analyzed.
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH311

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本文編號：2225989