【摘要】：塑料離心泵適用于酸、堿、鹽等大多數(shù)腐蝕性環(huán)境,并且廣泛應(yīng)用于化工、石油等行業(yè)腐蝕性物料的輸送。在對塑料離心泵葉輪進行水力設(shè)計時,葉片型線設(shè)計多依賴于工程師經(jīng)驗,難以確定何種型線可令塑料離心泵具有優(yōu)質(zhì)性能。對于不同葉輪葉型,目前國內(nèi)外學(xué)者尚未對葉片型線選擇提出某種統(tǒng)一定論,且未有任何文獻研究基于流固耦合考慮葉片型線對塑料離心泵影響。為研究塑料離心泵葉片型線對泵性能影響,本文研究主要內(nèi)容和特色如下:(1)按照塑料離心泵已知性能及結(jié)構(gòu)參數(shù),分別采用單圓弧法、雙圓弧法、對數(shù)螺旋線法和B樣條曲線法對葉輪葉片型線進行設(shè)計,初步擬定幾種型線的形狀與尺寸,繪制葉輪二維模型。(2)根據(jù)塑料離心泵葉輪二維模型,分別對幾種型線的葉輪進行三維建模、網(wǎng)格劃分及內(nèi)部流場模擬。經(jīng)后處理分析得出,從壓力與速度兩個角度看,雙圓弧法與對數(shù)螺旋線法所繪葉輪優(yōu)于B樣條曲線法與單圓弧法所繪葉輪,從汽蝕余量與水力效率看,對數(shù)螺旋線法所繪制葉輪優(yōu)于其它三種葉片型線繪制方法。幾種型線的葉輪內(nèi)部流場分析,為塑料離心泵水力設(shè)計時,葉輪葉片型線的選擇提供一定的理論依據(jù)。(3)分別對幾種型線的葉輪進行流固耦合分析,得到幾種型線的葉輪等效應(yīng)力及變形。分析得出,四種型線下的葉輪,變形量:B樣條曲線法大于單圓弧法大于雙圓弧法大于對數(shù)螺旋線法,等效應(yīng)力:B樣條曲線法大于雙圓弧法大于單圓弧法大于對數(shù)螺旋線法。四種型線中,對數(shù)螺旋線的等效應(yīng)力和變形量最小,因此對葉輪破壞最小,證實了內(nèi)流場分析時,對數(shù)螺旋線最優(yōu)的結(jié)論,對塑料離心泵葉輪型線選擇具有指導(dǎo)性意義。(4)根據(jù)仿真分析的結(jié)果,確定對數(shù)螺旋線法最優(yōu)。以塑料離心泵的功率損失最小、汽蝕余量最小建立多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化模型,以塑料離心泵葉輪的入、出口直徑(D1、D2)和葉片入、出口安放角(β1、β2)作為設(shè)計變量,通過Matlab軟件對其進行優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果相比之前,水力效率提升了 1.68%,說明葉輪結(jié)構(gòu)得到了一定的改善。(5)根據(jù)幾種型線的三維模型,采用3D打印技術(shù),打印出葉輪實物模型,分別對幾種型線的葉輪進行泵的性能實驗,實驗結(jié)果與仿真分析結(jié)果對比表明,四種型線中對數(shù)螺旋線法最優(yōu),單圓弧法最差,驗證了仿真結(jié)果的正確性。本文在前人研究基礎(chǔ)上,基于塑料離心泵內(nèi)流場仿真、流固耦合模擬、參數(shù)優(yōu)化和實驗驗證研究幾種葉片型線對塑料離心泵葉輪性能影響,相比其他對葉片型線研究,本文主要創(chuàng)新點為:(1)運用理論研究、數(shù)值模擬、實驗驗證等方法對單圓弧型線、雙圓弧型線、對數(shù)螺旋線、B樣條曲線的葉輪進行對比研究,得到對數(shù)螺旋線法為最優(yōu)型線繪制方法。(2)基于單向流固耦合,研究不同型線對塑料離心泵葉輪結(jié)構(gòu)影響,得到對數(shù)螺旋線對葉輪結(jié)構(gòu)影響最小。(3)在已確定最優(yōu)葉片型線基礎(chǔ)上,以功率損失最小與汽蝕余量最小作為目標(biāo)函數(shù),對最優(yōu)葉片型線進行優(yōu)化,確定一個優(yōu)質(zhì)葉輪模型。
【圖文】：

仛：ｙ逡逑Ｐ邐：｜姦１邋棚邋＾逡逑圖２－１葉輪內(nèi)流面邐圖２－２保角變換方格網(wǎng)上的相對流線逡逑２．葉片繪型步驟逡逑保角變換法是在設(shè)計葉片型線時常用的葉型繪制方法，，其繪制步驟主要分為以下５逡逑步。逡逑（１）

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【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.21

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本文編號：2661903