【摘要】： 本文利用三維建模軟件Pro/E完成原型泵——OC150-30固液兩相流離心泵過流部件的三維實(shí)體造型,導(dǎo)入至GAMBIT進(jìn)行全流道的網(wǎng)格劃分,再以高質(zhì)量網(wǎng)格輸出至FLUENT中進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析。FLUENT計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)k ?ε湍流模型、SIMPLEC壓力校正法、一階迎風(fēng)式等參數(shù),在0.8Q、1.0Q和1.2Q三種典型工況下進(jìn)行清水流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算。模擬結(jié)果顯示:后進(jìn)口的環(huán)形吸入室造成葉輪流道內(nèi)流場(chǎng)紊亂,易產(chǎn)生軸向漩渦和回流,降低了泵的效率;隨著流量的增大,葉輪流道內(nèi)軸面漩渦逐漸減弱;蝸殼斷面二次流呈螺旋狀前行至擴(kuò)散管出口。試驗(yàn)中該泵的測(cè)試情況也不理想:揚(yáng)程曲線偏離最佳工況后下降太快,高效區(qū)寬度較窄;加長(zhǎng)的懸臂軸導(dǎo)致泵振動(dòng)大,噪音高。為此經(jīng)分析研究,對(duì)原型泵按如下建議進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化: (1)將原模型的后進(jìn)口環(huán)形吸入室更改為前進(jìn)口直錐形吸入室; (2)將原模型的四片扭曲葉片更改為三長(zhǎng)三短的圓柱形葉片; (3)將原模型的梯形蝸殼斷面更改為矩形斷面; 根據(jù)前三項(xiàng)的更改對(duì)其它結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的修改。 對(duì)原型泵結(jié)構(gòu)更改優(yōu)化后,在選用相同控制參數(shù)的前提下,再次進(jìn)行建模、網(wǎng)格劃分和清水流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算過程。對(duì)比優(yōu)化前后的清水流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果:優(yōu)化后葉輪流道內(nèi)的漩渦消失,整體上流場(chǎng)分布更加均勻,但射流-尾跡流現(xiàn)象加劇;在短葉片頭部也出現(xiàn)有低壓區(qū);扭曲型葉片的抗汽蝕性能要優(yōu)于圓柱形葉片的抗汽蝕性能。然后選用Mixture多相流模型進(jìn)行固液兩相流場(chǎng)模擬,結(jié)果顯示:葉輪進(jìn)口前端固相速度小于液相速度,進(jìn)入葉輪流道加速后固相速度大于液相速度;固相在葉輪流道內(nèi)有向葉片壓力面集聚的趨勢(shì);葉輪輪轂側(cè)固相濃度大于前蓋板側(cè)固相濃度,并在葉片尾緣與輪轂側(cè)的交界處達(dá)到最大;蝸殼外壁的固相濃度要明顯高于兩側(cè)壁,并在第Ⅰ斷面和第Ⅷ斷面出現(xiàn)峰值區(qū)域。優(yōu)化后泵的揚(yáng)程曲線隨流量增大下降平緩,高效區(qū)明顯拓寬,且振動(dòng)噪聲較小,證明本次結(jié)構(gòu)改進(jìn)達(dá)到了預(yù)期效果。數(shù)值計(jì)算過程還證明,當(dāng)泵內(nèi)流場(chǎng)非常紊亂時(shí),計(jì)算的穩(wěn)定性和收斂性都較差,且模擬結(jié)果與測(cè)試結(jié)果偏差較大。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH311
【圖文】：

的流體在軸的背面易產(chǎn)生漩渦，造成葉輪進(jìn)口流速分布不均勻，流動(dòng)損失較大。但該結(jié)構(gòu)軸向尺寸較短，故在節(jié)段式式多級(jí)泵中使用較多。進(jìn)水段造型采用簡(jiǎn)單的拉伸和交截命令即可完成，見圖3.1。3.1.3 葉輪造型離心泵葉輪設(shè)計(jì)有圓柱形葉片和扭曲形葉片兩種。圓柱形葉片外形簡(jiǎn)單，可用單圓弧或多段圓弧法成形，然后加厚形成葉片；扭曲形葉片根據(jù)葉輪進(jìn)口的流動(dòng)狀況設(shè)計(jì)而成，水力損失小，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，加工制造困難。原型泵葉輪采用了4片扭曲葉片，建模時(shí)按葉輪設(shè)計(jì)提供的水力模型圖的點(diǎn)坐標(biāo)取值，完成葉片實(shí)物建模，見圖3.3。再利用裝配功能中的布爾運(yùn)算在旋轉(zhuǎn)得到的無葉片葉輪選擇體中減掉葉片部分，得到葉輪流道的流體區(qū)域，見圖3.4。為了便于葉輪出口與蝸殼入口的內(nèi)部面連接，將葉輪的流體區(qū)域向葉輪出口向外延伸1mm

本文原型泵采用蝸殼式設(shè)計(jì)。蝸殼具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、效率高等特點(diǎn)，但在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生徑向力。蝸殼采用八斷法繪制，先作基圓，然后在八個(gè)斷面繪制截面圖，采用掃描混合命令完成蝸殼實(shí)體建模，見圖3.2。其中，隔舌部分曲面復(fù)雜，必須采用高級(jí)曲面命令才能完成。3.1.5 三維實(shí)體組裝各過流部件建模完成后，將其裝配并生成“.STP”類型的文件，全部按實(shí)體類型輸出，并于后續(xù)的GAMBIT網(wǎng)格處理。至此，離心泵的三維實(shí)體建模工作完成，見圖3.5。因泵在實(shí)際安裝運(yùn)行時(shí)，進(jìn)出口接入的管道系統(tǒng)均為圓管，并且離心泵出口流動(dòng)并未達(dá)到充分流動(dòng)的自由出流狀態(tài)，與FLUENT的出口參數(shù)設(shè)置不相符

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本文編號(hào)：2736940