微型高速离心泵内空化流动特性的数值研究

发布时间：2017-11-02 14:20

  本文关键词：微型高速离心泵内空化流动特性的数值研究

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【摘要】：传统的低比转速离心泵的能量转换效率一般较低,在流量和扬程一定的条件下,泵的高速化和微型化将是提高泵运行效率的有效方法。随着加工制造技术的进步,微型尺寸的制造加工精度不足导致的效率降低问题可得到较好的解决,但传统离心泵的高速化和微型化并定会对泵的运行可靠性和抗空化能力提出更高的要求。为了认识微型高速离心泵内的空化流动现象,本文将以单级微型高速离心泵作为研究对象,采用CFX计算得到不同空化数下微型高速离心泵内的空化分布规律,分析叶轮内叶片做功能量转换和流体流动受空化的作用。通过叶轮叶表和蜗壳流道内的非稳态压力场的计算,分析了空化流动对压力脉动时域和频域特性的影响。研究结果表明,本文所采用的数值模拟方法还是能够准确地预测微型高速离心泵内的空化流动。随着空化数的逐步降低,离心泵的抗空化性能在一定流量系数范围内随着流量系数的增大而减弱,叶轮流道内叶片吸力侧出现低速流动区和二次回流的流动现象,同时叶片工作面尾缘处的局部高速区向流道内延展；空化流主要降低了叶片前半段的叶表载荷,相反叶片后半段上载荷大小却得到增加；在非空化和空化状态下,叶表和蜗壳内的压力脉动主频分别为叶轮转动频率或者其倍数和叶片通过频率。当离心泵内发生临界空化时,叶位于空泡内部的叶表监测点的压力脉动幅值得到减弱有的甚至降为0,但蜗壳内监测点的幅值均要高于非空化工况。最后,截面内的漩涡在不同时刻下发生强度和位置的变化,是造成蜗壳内压力脉动振幅值增强的主要因素。
【关键词】：微型高速离心泵 空泡 空化流动 压力脉动 数值模拟
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题的背景及意义9-10
• 1.2 泵内空化国内外研究现状10-19
• 1.2.1 空化机理和形式10-14
• 1.2.2 空化模型研究进展14-17
• 1.2.3 泵内空化流动数值模拟的现状和发展17-19
• 1.3 本文主要研究工作19-20
• 第二章 微型高速泵内的空化计算模型和方法20-30
• 2.1 空化流动的数值模拟理论20-24
• 2.1.1 流场计算控制方程20-21
• 2.1.2 湍流模型的选择和修正21-22
• 2.1.3 空化模型的选择22-24
• 2.2 计算模型及网格划分24-27
• 2.2.1 流体几何模型建立24-26
• 2.2.2 网格划分和无关性验证26-27
• 2.3 数值求解方法27-28
• 2.3.1 边界条件与交界面的设定27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 微型高速泵空化分布及对流动性能影响30-46
• 3.1 定常计算结果分析30-34
• 3.1.1 泵内非空化下的流动情况30-32
• 3.1.2 离心泵空化外特性曲线32-34
• 3.2 离心泵内部空化特性分析34-41
• 3.2.1 叶片间流道内静压力分布34-36
• 3.2.2 叶片流道内空泡分布对比36-38
• 3.2.3 不同叶高上空泡体积分数分布对比38-39
• 3.2.4 叶片数对空化分布的影响39-41
• 3.3 空化对泵内流动和做功影响41-45
• 3.3.1 轮流道内相对速度分布41-42
• 3.3.2 叶片表面压力和载荷分布42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 泵内不稳定流动非定常数值分析46-60
• 4.1 非定常计算方法46-47
• 4.2 叶轮内叶表压力脉动分析47-51
• 4.2.1 叶轮叶表静压脉动P_(rms)47
• 4.2.2 叶表压力脉动频域分析47-51
• 4.3 叶轮内不同时刻空泡形状分布51-52
• 4.4 蜗壳内压力脉动分析52-58
• 4.4.1 蜗壳内压力脉动时域分布52-53
• 4.4.2 蜗壳内压力脉动频域分析53-56
• 4.4.3 蜗壳横截面内流动特性分析56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-63
• 5.1 研究总结60-61
• 5.2 研究展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1131916