發(fā)布時間：2017-09-15 14:26

  本文關(guān)鍵詞：離心泵動靜葉柵內(nèi)部流動特性的大渦模擬

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【摘要】：動靜葉柵相互干涉是引起水力機械振動、噪音和效率降低的重要原因之一,在偏離設(shè)計工況下離心泵動靜葉柵內(nèi)液體的流動會使泵運行不穩(wěn)定性增大。本文以帶有導(dǎo)葉的離心泵為計算模型,采用大渦模擬數(shù)值計算方法對泵運行在以設(shè)計流量Q=45m3/h為參考的0.6Q、0.8Q、1.OQ、1.2Q和1.4Q五種不同流量工況下泵外特性變化曲線、徑向力和軸向力矢徑分布、葉輪Z軸中間截面和導(dǎo)葉、蝸殼Z軸中間截面靜壓、速度、流線、渦量分布進行分析。本文主要研究內(nèi)容及所得結(jié)論如下： 1.采用MATLAB軟件對導(dǎo)葉、蝸殼水力設(shè)計計算過程進行編程,提高了導(dǎo)葉、蝸殼水力設(shè)計效率；采用Pro/E軟件對全流道各過流部件的三維實體進行建模；采用ICEM CFD對全流道各部件進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,其中,葉輪和導(dǎo)葉進行周期性結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。 2.采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型對模型泵全流場內(nèi)部定常流動特性進行數(shù)值計算,結(jié)果表明： (1)隨著流量的增大,葉輪與蝸殼徑向力逐漸減小,導(dǎo)葉徑向力逐漸增大,葉輪軸向力逐漸增大,方向與葉輪進口速度方向相反。 (2)從葉輪進口處至葉輪出口處,葉輪Z軸中間截面靜壓沿半徑方向近似呈遞增趨勢。不同流量工況下導(dǎo)葉蝸殼Z軸中間截面靜壓分布相似。 (3)葉輪內(nèi)小流量工況下出現(xiàn)明顯回流,隨著流量增大,相對速度分布趨于均勻。小流量工況下流體流動狀態(tài)較差,導(dǎo)葉可改善葉輪在大流量工況下的流動狀態(tài)。 (4)渦量極大值和極小值相差很大,絕大部分渦量值不超過25001/s。隨著流量的增大,葉輪Z軸截面最低渦量區(qū)間云圖范圍減小,渦量分布趨于均勻。 3.對水力機械的大渦模擬計算方法進行研究,以五種不同流量工況的定常計算結(jié)果分別作為采用標(biāo)準(zhǔn)Smagorinsky模型對五種變流量工況下泵非定常流動特性大渦模擬數(shù)值計算的初始條件,得到五種不同流量工況下模型泵內(nèi)非定常流動特性。結(jié)果表明： (1)當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)一個流道范圍時,揚程、效率、扭矩和軸功率均發(fā)生一個周期的變化,在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)均有與葉片數(shù)相等個數(shù)的近似正弦變化的周期。 (2)在小流量工況下葉輪所受徑向力近似呈橢圓分布。整體上,隨著流量的增大,徑向力矢徑橢圓發(fā)生畸變的程度增大,徑向力矢徑分布橢圓逐漸減小 (3)葉輪Z軸中間截面靜壓分布與葉輪旋轉(zhuǎn)相位無明顯相關(guān)性,與葉輪旋轉(zhuǎn)至與蝸殼斷面的相對位置有關(guān)。 (4)隨著流量的增大,葉片壓力面?zhèn)攘鲃踊靵y區(qū)域厚度減小,內(nèi)部漩渦減小,葉片吸力面脫流起始位置逐漸沿葉片扭曲方向移動。 (5)在某一流量工況下,渦量在葉輪Z軸截面內(nèi)的分布隨時間變化不明顯,渦量分布存在明顯的擬序結(jié)構(gòu)。在同一時刻,擬序渦結(jié)構(gòu)隨著流量的變化而發(fā)生有序的變化。隨著流量的增加,葉輪Z軸截面大渦量區(qū)逐漸減小。葉輪Z軸截面大渦量區(qū)主要集中在葉片出口處的吸力面?zhèn)�。大流量工況下,靠近葉片出口處的葉片吸力面大渦量區(qū)呈帶狀分布。隨著流量的增大,導(dǎo)葉Z軸截面上的大渦量區(qū)分布較不均勻,導(dǎo)葉擴散段、延長段內(nèi)部和隔舌處局部大渦量區(qū)域分布越多。
【關(guān)鍵詞】：動靜葉柵 內(nèi)流特性 大渦模擬 擬序渦
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH311
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第1章 緒論13-18
• 1.1 課題名稱及來源13
• 1.1.1 課題名稱13
• 1.1.2 課題來源13
• 1.2 課題研究背景及意義13
• 1.3 研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 固定導(dǎo)葉離心泵簡介13-14
• 1.3.2 水力機械動靜葉柵非定常流動特性研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 大渦模擬在水力機械中的應(yīng)用15-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容概述16-17
• 1.5 本文主要創(chuàng)新點17-18
• 第2章 湍流基本理論及數(shù)值模擬方法18-30
• 2.1 湍流基本理論18-21
• 2.1.1 湍流基本方程18-19
• 2.1.2 湍流模型理論19-21
• 2.2 湍流數(shù)值模擬21-26
• 2.2.1 Reynolds平均法(RANS)22
• 2.2.2 直接數(shù)值模擬22-23
• 2.2.3 大渦模擬23-26
• 2.2.3.1 大渦模擬的基本思想23-24
• 2.2.3.2 大渦模擬的濾波函數(shù)24
• 2.2.3.3 大渦模擬的控制方程24-25
• 2.2.3.4 大渦模擬的亞格子模型25-26
• 2.3 LES模擬的計算設(shè)置26-29
• 2.3.1 LES求解策略26-27
• 2.3.2 LES對壁面邊界層網(wǎng)格要求27
• 2.3.3 大渦模擬邊界條件設(shè)置27-28
• 2.3.4 大渦模擬控制方程設(shè)置28
• 2.3.5 大渦模擬時間步長設(shè)置28
• 2.3.6 大渦模擬監(jiān)視時間數(shù)據(jù)、后處理28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 模型水力設(shè)計、幾何建模及網(wǎng)格劃分30-42
• 3.1 模型水力設(shè)計30-34
• 3.1.1 葉輪水力設(shè)計30-31
• 3.1.2 導(dǎo)葉水力設(shè)計31-33
• 3.1.3 蝸殼水力設(shè)計33-34
• 3.2 模型三維建模34-35
• 3.3 模型網(wǎng)格劃分35-41
• 3.3.1 進口段網(wǎng)格化分35-36
• 3.3.2 葉輪網(wǎng)格劃分36-38
• 3.3.3 導(dǎo)葉網(wǎng)格劃分38-39
• 3.3.4 蝸殼網(wǎng)格劃分39-40
• 3.3.5 網(wǎng)格組裝40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 動靜葉柵三維定常流動特性數(shù)值模擬及分析42-65
• 4.1 不同流量工況下動靜葉柵外特性比較42-44
• 4.2 模型泵動靜部件誘導(dǎo)力分析44-48
• 4.2.1 葉輪徑向力及軸向力分析45-46
• 4.2.2 導(dǎo)葉徑向力及軸向力分析46-47
• 4.2.3 蝸殼徑向力及軸向力分析47-48
• 4.3 不同流量工況下帶徑向?qū)~離心泵三維定常湍流計算分析48-62
• 4.3.1 帶徑向?qū)~離心泵葉輪內(nèi)流特性對比分析48-56
• 4.3.1.1 葉輪中間截面壓力分布對比分析48-50
• 4.3.1.2 葉輪中間截面相對速度分布對比分析50-51
• 4.3.1.3 葉輪中間截面絕對速度分布對比分析51-52
• 4.3.1.4 葉輪中間截面流線圖對比分析52-54
• 4.3.1.5 葉輪中間截面渦量圖對比分析54-56
• 4.3.2 帶徑向?qū)~離心泵導(dǎo)葉蝸殼內(nèi)流特性對比分析56-62
• 4.3.2.1 導(dǎo)葉蝸殼中間截面壓力分布對比分析56-57
• 4.3.2.2 導(dǎo)葉蝸殼中間截面速度分布對比分析57-59
• 4.3.2.3 導(dǎo)葉蝸殼中間截面流線圖對比分析59-60
• 4.3.2.4 導(dǎo)葉蝸殼中間截面渦量圖對比分析60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-65
• 第5章 動靜葉柵三維非定常流動特性大渦模擬及分析65-106
• 5.1 不同流量工況下動靜葉柵非定常外特性比較65-68
• 5.1.1 揚程性能曲線65-66
• 5.1.2 效率性能曲線66-67
• 5.1.3 扭矩性能曲線67
• 5.1.4 軸功率性能曲線67-68
• 5.2 不同流量工況下離心泵一個周期內(nèi)葉輪誘導(dǎo)力分析68-70
• 5.2.1 一個周期內(nèi)葉輪所受徑向力分析68-69
• 5.2.2 一個周期內(nèi)葉輪所受軸向力分析69-70
• 5.3 不同流量工況下離心泵內(nèi)部三維非定常湍流計算結(jié)果分析70-102
• 5.3.1 帶徑向?qū)~離心泵葉輪內(nèi)流特性對比分析70-88
• 5.3.1.1 葉輪中間截面壓力分布對比分析70-74
• 5.3.1.2 葉輪中間截面相對速度分布對比分析74-77
• 5.3.1.3 葉輪中間截面絕對速度分布對比分析77-80
• 5.3.1.4 葉輪中間截面流線圖對比分析80-85
• 5.3.1.5 葉輪中間截面渦量圖對比分析85-88
• 5.3.2 帶徑向?qū)~離心泵導(dǎo)葉蝸殼內(nèi)流特性對比分析88-102
• 5.3.2.1 導(dǎo)葉蝸殼中間截面壓力分布對比分析88-92
• 5.3.2.2 導(dǎo)葉蝸殼中間截面速度分布對比分析92-95
• 5.3.2.3 導(dǎo)葉蝸殼中間截面流線圖對比分析95-99
• 5.3.2.4 導(dǎo)葉蝸殼中間截面渦量圖對比分析99-102
• 5.4 本章小結(jié)102-106
• 第6章 總結(jié)與展望106-110
• 6.1 主要研究成果總結(jié)106-109
• 6.2 本文主要創(chuàng)新點109
• 6.3 課題研究方向展望109-110
• 參考文獻110-115
• 致謝115-116
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表的論文116-117
• 附錄B 導(dǎo)葉水力設(shè)計計算MATLAB編程117-120
• 附錄C 蝸殼水力設(shè)計計算MATLAB編程120-122

【參考文獻】

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本文編號：857073