【摘要】：對于以液體為工作介質(zhì)的離心泵來講,空化是影響其正常運行的一種有害物理現(xiàn)象,而水泵空化性能的優(yōu)劣又與葉輪的設計情況息息相關。本文運用流體力學相關知識,理論分析IS65型葉輪的水力性能,計算葉輪運轉(zhuǎn)過程中,其內(nèi)部流場中介質(zhì)壓力和流速的分布函數(shù),找出引起介質(zhì)空化的原因;指出IS65型葉輪中三圓弧柱面型葉片,存在不同相對運動流面出現(xiàn)相交的設計缺陷,這一缺陷導致葉輪運轉(zhuǎn)時其流場內(nèi)液態(tài)介質(zhì)出現(xiàn)壓力和流速波動,引起介質(zhì)發(fā)生空化。 在進行理論分析后,對安裝IS65型葉輪的離心泵,進行額定流量工況下的整機數(shù)值模擬,采用Gambit軟件對離心泵整機建立網(wǎng)格模型,再將建好的網(wǎng)格模型導入Fluent軟件進行仿真模擬。仿真結(jié)果顯示,葉輪流場中的最低絕對壓力和最高絕對壓力在模擬過程中,隨時間變化多次出現(xiàn)振幅較大的壓力脈動,其中最低絕對壓力脈動時,其值都發(fā)生大幅度的減少,低于水介質(zhì)的空化壓力,誘使水介質(zhì)發(fā)生空化,從液態(tài)變成汽態(tài)。因此,空化的發(fā)生與介質(zhì)壓力脈動有關,印證前面關于空化原因的理論分析。 根據(jù)對安裝IS65型葉輪離心泵出現(xiàn)空化的原因分析情況,采用以S2m流面為基礎的三維設計法與速度系數(shù)法相結(jié)合的技術(shù)路線,保留葉輪的一些原設計參數(shù),對IS65型葉輪進行反問題改進設計,主要改進葉片型線設計。對新設計出的葉片,分析其運轉(zhuǎn)過程中,其內(nèi)部流場中介質(zhì)壓力和流速參數(shù)的分布特性,根據(jù)流場中壓力和流速的分布情況,判斷新設計葉輪能夠滿足水泵使用性能要求。 對新葉片進行理論分析之后,用Gambit軟件對安裝新葉輪的離心泵建立整機網(wǎng)格模型;再將水泵網(wǎng)格模型導入Fluent軟件,進行額定流量工況下的整機數(shù)值模擬。模擬結(jié)果顯示,新設計葉輪能夠滿足水泵的使用性能要求,葉輪流場中最低絕對壓力和最高絕對壓力隨時間變化趨勢比較平穩(wěn),沒有出現(xiàn)振幅較大的壓力脈動,在這樣的壓力場中水介質(zhì)不易發(fā)生空化,水泵空化性能得到改善。 最后,對全文的研究情況進行總結(jié),指出分析計算過程中存在的不足之處,并對今后需要進一步開展研究的工作進行展望。
[Abstract]:For centrifugal pump with liquid as working medium cavitation is a harmful physical phenomenon which affects its normal operation and the cavitation performance of pump is closely related to the design of impeller. In this paper, the hydraulic performance of IS65 impeller is analyzed theoretically, the distribution function of medium pressure and velocity in the flow field of impeller is calculated, and the cause of medium cavitation is found out. It is pointed out that the three circular cylindrical blades in IS65 impeller have the design defect of intersecting different relative moving surfaces, which leads to the fluctuation of pressure and velocity of liquid media in the flow field of impeller, which causes cavitation of the medium. After theoretical analysis, the centrifugal pump installed with IS65 impeller was numerically simulated under rated flow condition. The grid model of centrifugal pump was established by Gambit software, and then the grid model was imported into Fluent software to simulate. The simulation results show that the minimum absolute pressure and the maximum absolute pressure in the impeller flow field vary with time many times, and the values of the lowest absolute pressure fluctuate greatly. The cavitation pressure below the water medium induces the water medium to cavitation from liquid to vapor. Therefore, the occurrence of cavitation is related to the pressure pulsation of the medium, which confirms the theoretical analysis of cavitation reasons. Based on the analysis of the cavitation of IS65 impeller centrifugal pump, the 3D design method based on S2m flow surface and the velocity coefficient method are adopted to preserve some original design parameters of impeller. The inverse problem design of IS65 impeller is improved, and the blade profile design is mainly improved. The distribution characteristics of medium pressure and velocity parameters in the internal flow field of the new designed blade are analyzed. According to the distribution of pressure and velocity in the flow field, the new designed impeller can meet the performance requirements of the pump. After theoretical analysis of the new blade, the whole machine grid model of centrifugal pump installed with new impeller is established by using Gambit software, and then the grid model of water pump is imported into Fluent software to carry out the numerical simulation of the whole machine under rated flow condition. The simulation results show that the new designed impeller can meet the performance requirements of the pump, and the minimum absolute pressure and the maximum absolute pressure in the impeller flow field change steadily with time, and there is no pressure pulsation with larger amplitude. In this pressure field, the cavitation of water is not easy and the cavitation performance of water pump is improved. Finally, the paper summarizes the research situation, points out the shortcomings in the process of analysis and calculation, and looks forward to further research work in the future.
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH311

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本文編號：2304622