本文關鍵詞：基于CFD技術及正交法的礦用潛水泵葉輪優(yōu)化設計研究

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【摘要】：煤炭是我國社會主義現(xiàn)代化建設和人民日常生活所需的重要資源,煤炭工業(yè)是我國的基礎工業(yè)。我國煤礦90%以上都是井下開采,其開采過程中會受到水害嚴重威脅。礦用潛水電泵在煤礦生產(chǎn)中,因具有造價低、安裝使用方便、運行噪音低等優(yōu)點,已被廣泛應用。目前,礦用潛水泵大多都是按照清水泵的方法來設計制造的,但在實際排水過程中,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),會出現(xiàn)工作效率低,過流部件磨損嚴重,壽命短等問題。葉輪是泵內(nèi)磨損最嚴重的零件,特別是葉片工作面的磨損情況,會嚴重影響到泵的性能。礦用潛水泵還存在大流量運行時極易發(fā)生過載而燒毀電機的問題,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,就會造成投資成本增加、電機體積重量增大、能源浪費嚴重等情況。針對礦用潛水泵目前所存在的問題,本文先利用FLUENT軟件對某型潛水泵進行數(shù)值模擬,預測泵的性能。然后按照固-液兩相流理論、無過載原理設計計算出葉輪水力參數(shù)。但是葉片出口安放角β2、葉片包角θ、葉片入口角β1、葉輪進口直徑D1、葉片數(shù)Z的數(shù)值是區(qū)間變量,本文運用正交法來分析上述參數(shù)對潛水泵性能的影響,找到上述參數(shù)的最佳組合,以達到優(yōu)化設計的目的。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)進行性能試驗,該葉輪優(yōu)化模型使?jié)撍妙~定點效率達到46.53%(高于國家規(guī)定的效率值41.57%),同時電機輸入功率最大值為6.05kW,小于電動機輸入功率限值6.32k W,實現(xiàn)了泵的無過載特性。最后,利用ANSYS軟件分析葉輪在實際運行工況條件下的受力及變形情況,其分析結果為葉輪的改型提供理論依據(jù)。
【關鍵詞】：潛水泵葉輪 兩相流原理 無過載理論 正交試驗設計 數(shù)值模擬 有限元分析
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：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 國內(nèi)外相關技術研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國內(nèi)相關技術研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國外相關技術研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 問題的提出16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-17
• 1.5 本章小結17-19
• 2 CFD基礎及湍流理論19-31
• 2.1 CFD基礎及相關軟件介紹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 湍流流動的基本理論24-26
• 2.4.1 湍流流動的特征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30-31
• 3 潛水泵性能數(shù)值模擬預測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的潛水泵流場模擬33-40
• 3.2.1 礦用潛水泵三維實體建模33-34
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分34-35
• 3.2.3 計算控制方程35-37
• 3.2.4 計算邊界條件的確定37
• 3.2.5 計算求解37-39
• 3.2.6 后處理39-40
• 3.3 模擬與實驗的結果比較分析40-44
• 3.3.1 主要物理量的計算40-42
• 3.3.2 工況點計算實例42
• 3.3.3 結果的比較42-44
• 3.4 本章小結44-45
• 4 礦用潛水泵葉輪水力設計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 無過載設計原理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52-53
• 5 基于正交法的葉輪幾何參數(shù)設計53-65
• 5.0 正交試驗設計概述53
• 5.1 正交試驗設計相關概念介紹53-55
• 5.1.1 相關名詞介紹53-54
• 5.1.2 正交表及表頭簡介54-55
• 5.2 正交試驗設計55-57
• 5.3 模擬結果的分析57-59
• 5.4 最終改進方案的確定59-61
• 5.5 性能試驗61-64
• 5.6 本章小結64-65
• 6 潛水泵葉輪受力及變形分析65-77
• 6.1 ANSYS簡介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 應力結果分析70-72
• 6.3.1 徑向應力70-71
• 6.3.2 周向應力71
• 6.3.3 軸向應力71-72
• 6.3.4 第一主應力72
• 6.4 應變結果分析72-74
• 6.4.1 徑向應變72-73
• 6.4.2 周向應變73
• 6.4.3 軸向應變73-74
• 6.4.4 第一主應變74
• 6.5 變形結果分析74-75
• 6.6 本章小結75-77
• 7 總結與展望77-79
• 7.1 全文研究總結77-78
• 7.2 展望78-79
• 參考文獻79-83
• 作者簡歷83-84
• 學位論文數(shù)據(jù)集84

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