【摘要】： 隨著科技進步和經(jīng)濟發(fā)展,許多領(lǐng)域?qū)α黧w機械的性能要求越來越高,傳統(tǒng)設計方法已不能很好滿足新的需要,應采用現(xiàn)代設計理論和方法,這要求設計者首先掌握流體機械內(nèi)部流動狀況。 本文對泵蝸殼內(nèi)部三維湍流場進行了數(shù)值模擬,計算出了蝸殼內(nèi)部流場的速度場和壓力場,給出了三維分布圖,對數(shù)值結(jié)果進行了分析和研究,并對今后的研究方向提出了一些建議。本文的主要工作有: 1.簡要介紹了流體機械設計方法、湍流和計算流體力學的發(fā)展現(xiàn)狀及在工程中的應用; 2.采用分段擬和方法,將蝸殼分為三段,對蝸殼求解域進行了物理網(wǎng)格的劃分; 3.通過求解泊松方程完成了蝸殼三維貼體網(wǎng)格的自動生成,通過構(gòu)造泊松方程源項P、Q、R分布函數(shù)控制網(wǎng)格疏密度; 4.將控制方程組在直角坐標系與任意曲線坐標系中進行了轉(zhuǎn)化,采用有限體積法對其進行離散。為消除鋸齒形壓力脈動,采用交錯網(wǎng)格存放變量; 5.基于SIMPLE算法建立壓力修正方程來滿足連續(xù)性方程和動量方程之間的耦合關(guān)系。利用Gauss-Seidel線迭代法與一維TDMA方法求解代數(shù)離散方程,采用離散方程的相對殘差作為判斷收斂準則; 6.針對蝸殼的特點,確定其求解域并引入邊界條件; 7.采用GEMCHIP算法編制程序?qū)ξ仛?nèi)部流動進行了模擬,實現(xiàn)了模擬結(jié)果的可視化; 8.模擬結(jié)果揭示了蝸殼內(nèi)部流動的某些特征:離心泵蝸殼內(nèi)部流體速度沿著流道逐漸變低,在出口附近速度明顯減小,流量變小,壓力變大。從第十三截面到第三十三截面,靠近蝸殼外壁處出現(xiàn)了回流,隨著流體流向出口方向,回流越明顯,在這些截面上,湍流核心區(qū)與回流區(qū)被一條向內(nèi)的流線區(qū)分開;在第三十九截面上,蝸殼的一側(cè)形成了回流,另一側(cè)為均勻流。與現(xiàn)有試驗結(jié)果對比,在總體流動規(guī)律上,兩者具有很好的一致性,表明本文計算采用的模型及方法是有效的,研究結(jié)果對蝸殼水力設計理論的完善提供了一定的理論依據(jù)。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2002
【分類號】：TH311
【圖文】：

蝸殼網(wǎng)格截面圖(第1，2截面)

江蘇大學碩士論文三個速度分量的值，第7列為總速度的標量。圖5一19至圖5一24表示流量為Q時蝸殼內(nèi)部六個截面的壓力分布圖。由圖可見，壓力沿著蝸殼流道逐漸增大，在葉輪出口處壓力有個波動。經(jīng)過這段波動區(qū)后沿軸向?qū)挾鹊姆秶鷥?nèi)壓力變得比較均勻。圖5一24為接近蝸殼彎管處的流道己經(jīng)沒有流體加入，形成一面壓力較低而一面較高，這可能是由于在轉(zhuǎn)彎處流體產(chǎn)生回流。靜壓的平均值從隔舌處開始到泵的有分別呈遞減和遞增的趨勢。這證明了矩形蝸殼有將液流動能轉(zhuǎn)化為壓能的功能。圖5一25至圖5.30和圖5一31至5一36表示流量為0.8Q和 1.2Q時蝸殼內(nèi)部六個截面的壓力分布圖。在小流量時，在各個界面上壓力都大于設計流量點的壓力，而在大流量時正好相反，它們的整體變化趨勢與設計工況時的壓力變化趨勢相同，這種變化趨勢也與定量研究結(jié)果相符。Z(mm·!一·Y(mnl)兀J滬‘J戶碑口砂.，戶-矛尸矛尸.口才-戶尸矛尸‘口，-··，一下戶.護JJ尸..

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