【摘要】： 微型離心泵正在各種高科技前沿領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,對(duì)其效率和可靠性的要求越來(lái)越高,但傳統(tǒng)研究較多針對(duì)的是大尺寸的離心泵,對(duì)于微型離心泵,采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)難以達(dá)到最佳效果。 本文以一臺(tái)微型模型泵為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了針對(duì)微型離心泵的測(cè)試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)其不同工況下的外部特性的測(cè)試和分析。并利用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)分析軟件Fluent對(duì)模型泵進(jìn)行了驗(yàn)證模擬,在模擬計(jì)算中采用了標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型和S-A模型兩種不同的湍流模型進(jìn)行了分析,探討了兩種模式對(duì)微型泵內(nèi)流計(jì)算的適用性,其中S-A模型的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差值在10%以內(nèi)。 基于內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬對(duì)微型高速離心泵進(jìn)行了參數(shù)化分析,采用了選定關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)、改變參數(shù)建立新模型、對(duì)新模型進(jìn)行測(cè)試、對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)的分析流程。定義和進(jìn)行修改比較的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有:葉片的出口角、渦室的軸向間隙、環(huán)形壓水室的高度和出水管形狀、前后蓋板的形式和葉輪的軸面形狀等。得到了若干能夠較大幅度提高微型泵水力性能的方案,并結(jié)合內(nèi)部流場(chǎng)的狀況對(duì)其原因進(jìn)行了分析。 對(duì)原泵和修改后的泵在不同流量下進(jìn)行了非定常的數(shù)值模擬計(jì)算,得到了泵內(nèi)部壓力和軸向力波動(dòng)曲線,經(jīng)過(guò)分析推測(cè)了波動(dòng)周期的計(jì)算公式以及在大流量下波動(dòng)和動(dòng)靜干涉的關(guān)系,并提出了減小波動(dòng)幅度的具體措施。 本文研究工作對(duì)改進(jìn)微型高速離心泵的設(shè)計(jì)、提高性能和穩(wěn)定性具有一定的意義,可為高可靠性微型高速離心泵優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖1一1宇航服基本結(jié)構(gòu)示意圖過(guò)流部件是離心泵的核心部分，離心泵的性能歸根到底取決于其內(nèi)部流，而即使最新的流體動(dòng)力學(xué)理論也無(wú)法完全預(yù)測(cè)泵內(nèi)部的真實(shí)流場(chǎng)，學(xué)者需要通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)或者數(shù)值模擬的方法來(lái)觀察分析泵內(nèi)部的流動(dòng)情況，以水力性能進(jìn)行改進(jìn)。制造試驗(yàn)用泵對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，雖然能夠獲得較為準(zhǔn)確的觀測(cè)結(jié)果，著成本高，試驗(yàn)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。而近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和流體力學(xué)等發(fā)展，一種稱為計(jì)算流體力學(xué)(eomputationalFluidD”amies，簡(jiǎn)稱CFD)開(kāi)始得到應(yīng)用，，它可以在一定準(zhǔn)確度下，在計(jì)算機(jī)上近似的模擬流場(chǎng)內(nèi)部，從而根據(jù)模擬的結(jié)果對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的修改，和傳統(tǒng)的實(shí)測(cè)方法相FD技術(shù)成本低，計(jì)算周期短，允許對(duì)大量的模型進(jìn)行模擬和比對(duì)，同時(shí)理模型的改進(jìn)和計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)，數(shù)值模擬的精確度和可靠性不斷提

并且給出了一系列用于計(jì)算泵尺寸參數(shù)的公式。此外，從均勻出入口處參數(shù)分布的角度出發(fā)，提出了一些能夠改進(jìn)離心式小流量泵動(dòng)力特性的措施。圖1一 2NASA研究的衛(wèi)星推進(jìn)泵的葉輪和蝸殼美國(guó)NASA的科學(xué)家 StevenJ.Schneider等對(duì)航空航天中使用的衛(wèi)星推進(jìn)泵進(jìn)行了研究[17]，這種泵擁有四級(jí)葉輪，其流量在IGPM(227升/小時(shí))左右，揚(yáng)程在500Pasia(約350m)左右，效率為60%左右�？茖W(xué)家用一個(gè)雙級(jí)葉輪的模型進(jìn)行了試驗(yàn)，得出的結(jié)論是根據(jù)現(xiàn)有的制造水平，完全能夠制造出符合衛(wèi)星推進(jìn)泵要求的泵，一個(gè)有效的泵系統(tǒng)可以帶來(lái)很大(40%左右)的有效載荷的增加。此外，他們認(rèn)為根據(jù)大尺寸泵的預(yù)測(cè)結(jié)果無(wú)法適用于小尺寸的高速微型泵，會(huì)有較大的誤差(25%以上)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH311

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本文編號(hào)：2688675