本文關(guān)鍵詞：基于CFD技術(shù)及正交法的礦用潛水泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 潛水泵葉輪 兩相流原理 無過載理論 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬 有限元分析

【摘要】：煤炭是我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和人民日常生活所需的重要資源,煤炭工業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)工業(yè)。我國(guó)煤礦90%以上都是井下開采,其開采過程中會(huì)受到水害嚴(yán)重威脅。礦用潛水電泵在煤礦生產(chǎn)中,因具有造價(jià)低、安裝使用方便、運(yùn)行噪音低等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用。目前,礦用潛水泵大多都是按照清水泵的方法來設(shè)計(jì)制造的,但在實(shí)際排水過程中,其輸送的介質(zhì)一般為含有固體顆粒的兩相流體。用清水泵來輸送帶有固體顆粒的介質(zhì),會(huì)出現(xiàn)工作效率低,過流部件磨損嚴(yán)重,壽命短等問題。葉輪是泵內(nèi)磨損最嚴(yán)重的零件,特別是葉片工作面的磨損情況,會(huì)嚴(yán)重影響到泵的性能。礦用潛水泵還存在大流量運(yùn)行時(shí)極易發(fā)生過載而燒毀電機(jī)的問題,使水泵的可靠性降低。如果加大功率備用系數(shù),采用過大的配套電機(jī),就會(huì)造成投資成本增加、電機(jī)體積重量增大、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等情況。針對(duì)礦用潛水泵目前所存在的問題,本文先利用FLUENT軟件對(duì)某型潛水泵進(jìn)行數(shù)值模擬,預(yù)測(cè)泵的性能。然后按照固-液兩相流理論、無過載原理設(shè)計(jì)計(jì)算出葉輪水力參數(shù)。但是葉片出口安放角β2、葉片包角θ、葉片入口角β1、葉輪進(jìn)口直徑D1、葉片數(shù)Z的數(shù)值是區(qū)間變量,本文運(yùn)用正交法來分析上述參數(shù)對(duì)潛水泵性能的影響,找到上述參數(shù)的最佳組合,以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。將正交分析所得到的最優(yōu)方案制成葉輪并裝入潛水泵內(nèi)進(jìn)行性能試驗(yàn),該葉輪優(yōu)化模型使?jié)撍妙~定點(diǎn)效率達(dá)到46.53%(高于國(guó)家規(guī)定的效率值41.57%),同時(shí)電機(jī)輸入功率最大值為6.05kW,小于電動(dòng)機(jī)輸入功率限值6.32k W,實(shí)現(xiàn)了泵的無過載特性。最后,利用ANSYS軟件分析葉輪在實(shí)際運(yùn)行工況條件下的受力及變形情況,其分析結(jié)果為葉輪的改型提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：潛水泵葉輪 兩相流原理 無過載理論 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH38
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景、目的及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國(guó)外相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 問題的提出16
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.5 本章小結(jié)17-19
• 2 CFD基礎(chǔ)及湍流理論19-31
• 2.1 CFD基礎(chǔ)及相關(guān)軟件介紹19-20
• 2.1.1 CFD概述19
• 2.1.2 CFD軟件介紹19-20
• 2.2 控制方程組20-22
• 2.2.1 連續(xù)性方程20-21
• 2.2.2 動(dòng)量方程21-22
• 2.2.3 能量方程22
• 2.3 CFD控制方程的初始及邊界條件22-24
• 2.3.1 初始條件22-23
• 2.3.2 邊界條件23-24
• 2.4 湍流流動(dòng)的基本理論24-26
• 2.4.1 湍流流動(dòng)的特征24-25
• 2.4.2 湍流的數(shù)值模擬方法25-26
• 2.5 控制方程的離散26-29
• 2.5.1 離散方法27-28
• 2.5.2 離散格式28-29
• 2.6 Simple算法的概述29-30
• 2.7 本章小結(jié)30-31
• 3 潛水泵性能數(shù)值模擬預(yù)測(cè)31-45
• 3.1 FLUENT數(shù)值模擬流程及其邊界條件31-33
• 3.1.1 FLUENT數(shù)值模擬流程31-32
• 3.1.2 FLUENT的邊界條件32-33
• 3.2 基于FLUENT的潛水泵流場(chǎng)模擬33-40
• 3.2.1 礦用潛水泵三維實(shí)體建模33-34
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分34-35
• 3.2.3 計(jì)算控制方程35-37
• 3.2.4 計(jì)算邊界條件的確定37
• 3.2.5 計(jì)算求解37-39
• 3.2.6 后處理39-40
• 3.3 模擬與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果比較分析40-44
• 3.3.1 主要物理量的計(jì)算40-42
• 3.3.2 工況點(diǎn)計(jì)算實(shí)例42
• 3.3.3 結(jié)果的比較42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 4 礦用潛水泵葉輪水力設(shè)計(jì)45-53
• 4.1 液-固兩相流理論45-47
• 4.1.1 液-固兩相流研究概況45-46
• 4.1.2 液-固兩相流基本方程46-47
• 4.2 無過載設(shè)計(jì)原理47-49
• 4.3 潛水泵葉輪主要參數(shù)的確定49-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 基于正交法的葉輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)53-65
• 5.0 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述53
• 5.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)概念介紹53-55
• 5.1.1 相關(guān)名詞介紹53-54
• 5.1.2 正交表及表頭簡(jiǎn)介54-55
• 5.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)55-57
• 5.3 模擬結(jié)果的分析57-59
• 5.4 最終改進(jìn)方案的確定59-61
• 5.5 性能試驗(yàn)61-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 6 潛水泵葉輪受力及變形分析65-77
• 6.1 ANSYS簡(jiǎn)介65
• 6.2 載荷的施加65-70
• 6.2.1 離心慣性力的施加65-66
• 6.2.2 流道流體壓力的施加66-67
• 6.2.3 前后蓋板外側(cè)壓力的施加67-68
• 6.2.4 圓盤摩擦力的施加68-70
• 6.3 應(yīng)力結(jié)果分析70-72
• 6.3.1 徑向應(yīng)力70-71
• 6.3.2 周向應(yīng)力71
• 6.3.3 軸向應(yīng)力71-72
• 6.3.4 第一主應(yīng)力72
• 6.4 應(yīng)變結(jié)果分析72-74
• 6.4.1 徑向應(yīng)變72-73
• 6.4.2 周向應(yīng)變73
• 6.4.3 軸向應(yīng)變73-74
• 6.4.4 第一主應(yīng)變74
• 6.5 變形結(jié)果分析74-75
• 6.6 本章小結(jié)75-77
• 7 總結(jié)與展望77-79
• 7.1 全文研究總結(jié)77-78
• 7.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 作者簡(jiǎn)歷83-84
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集84

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張煥洲;;水泵葉輪松動(dòng)故障的試驗(yàn)分析研究[J];通用機(jī)械;2007年11期

2 岳建祥;;水泵葉輪切削的能效分析[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2011年15期

3 王大順;;6359T型發(fā)動(dòng)機(jī)水泵葉輪軸總成的改裝[J];現(xiàn)代化農(nóng)業(yè);1989年10期

4 王志杰,陳建中;加工水泵葉輪的靠模裝置與調(diào)整[J];機(jī)床;1991年02期

5 ;機(jī)體外鑒別水泵葉輪故障[J];排灌機(jī)械;1997年04期

6 黃南平,姜帆,鐘漢強(qiáng);潛水泵葉輪破損修補(bǔ)[J];設(shè)備管理&維修;2000年10期

7 許高智,姚衛(wèi)東;水源配水泵葉輪切削的節(jié)能效果[J];輕金屬;2001年10期

8 彭亞青;淺談水泵葉輪車削技術(shù)的應(yīng)用[J];山西建筑;2003年05期

9 楊敏官;;水泵葉輪內(nèi)流動(dòng)可視化方法綜述[J];排灌機(jī)械;1988年01期

10 李明，王六玲，馬力;水泵葉輪內(nèi)水動(dòng)力學(xué)計(jì)算問題概述[J];云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 張國(guó)彬;;循環(huán)水泵葉輪節(jié)能改造[A];全國(guó)火電大機(jī)組（300MW級(jí)）競(jìng)賽第34屆年會(huì)論文集[C];2005年

2 周喜格;李凌均;王昆;;基于ANSYS和PRO/E的汽車水泵葉輪模態(tài)分析[A];2008年全國(guó)振動(dòng)工程及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十一屆全國(guó)設(shè)備故障診斷學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 渠富元;;循環(huán)水泵增容節(jié)能改造[A];全國(guó)火電大機(jī)組（300MW級(jí)）競(jìng)賽第三十五屆年會(huì)論文集[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 潘樹良;柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的常見故障[N];湖南科技報(bào);2000年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 楊思文;離心水泵葉輪的逆向造型與流場(chǎng)數(shù)值分析[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2014年

2 張朋飛;基于CFD技術(shù)及正交法的礦用潛水泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];河南理工大學(xué);2014年

3 徐建國(guó);軸流泵葉片應(yīng)力與模態(tài)分析[D];揚(yáng)州大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：653641