【摘要】：大功率轴流泵在跨流域调水、洪涝排水、地区灌溉等方面发挥着重要作用。国内轴流泵的研制水平与国外相比还有一些差距,且许多型号的轴流泵优秀模型仍然空缺;而新的发展要求下,更高比转速轴流泵的研制受到关注。本文以一台名义比转速为1500的超高比转速轴流泵为研究对象,对其进行了多工况水力优化研究,旨在拓宽其高效范围,节省运行能耗。本文借助数值模拟和计算机技术探讨了轴流泵的设计、参数化造型和现代优化方法,最后研制了一台超高比转速轴流泵水力模型并对其进行了试验研究。本次的主要研究及创新点如下:1.总结了轴流泵的国内外研究现状,包括水力设计方法、内部流动和优化技术。同时阐述了超高比转速轴流泵的设计难度。2.建立了模型泵的三维计算模型,并采用CFX对其内部流动进行了数值计算,同时对模型轴流泵进行了多叶片安放角性能试验。研究结果表明:模型轴流泵最优工况点流量小于设计值,实测比转速为1312;大流量下泵的效率曲线出现了陡降,随着安放角的增加效率及扬程曲线整体向大流量偏移;对比试验空化特性曲线发现,随着流量的增加,模型泵的临界空化余量逐渐减小;全流量下CFX的计算值与试验值基本吻合,尽管小流量下扬程计算值与其有较大的偏差,但总体计算精度满足要求。3.阐述了轴流泵的流线设计法,选取了流线设计法中关键的7个几何参数作为优化变量,通过正交试验设计,合理安排了18组试验方案,并以0.8Qopt、1.0Qopt、1.2Qopt工况下的加权平均效率最高为目标,通过模糊层次分析法,建立了轴流泵多工况优化模型;最后采用模型泵数值计算方法获取各方案的目标性能,通过极差分析获得了最佳方案,并详细对比了优化前后泵的水力性能及其内流场,主要结论有:(1)优化后三工况点的加权平均效率提高了4.39%,其中,大流量下效率提升最为明显;观察效率曲线发现,优化后泵的最高效率点向大流量偏移,且大流量下效率下降变得缓慢,其高效范围有了一定拓宽。(2)轴流泵导叶流道内易出现流动分离;优化后各流量下导叶流道内的流动分离均得到了改善,小流量下导叶流道内分离漩涡数量减少,最优工况和大流量下几乎没有出现流动分离,导叶内的流动损失大大减小。4.阐述了基于CFturbo的轴流泵三维参数化设计方法,通过编制软件的脚本文件及批处理命令,首次将CFturbo与Pump Linx集成于Isight优化平台中,同时用多岛遗传算法实现了轴流泵的多工况智能优化,主要结论有:(1)Pump Linx网格生成方便,大流量下精度明显高于CFX,且计算时间大大缩短,在轴流泵优化设计中具有很大的优势。(2)在轴流泵多工况优化模型基础上,对设计流量和扬程进行了约束;优化后轴流泵的最高效率点更接近设计点,设计扬程降低,比转速提高至1471,且高效区明显拓宽,基本满足设计要求。(3)轴流泵叶片表面径向流动主要集中在背面,且最优工况下径向速度最小;优化后各工况下叶片表面径向流动均得到了不同程度的改善,大流量下最为明显,大大减小了叶片表面的流动损失。(4)对优化后轴流泵叶轮出口环量和轴面速度分布进行了统计分析,获得了两者沿径向分布的数学模型。(5)将优化后的轴流泵模型加工成水力样机并进行多角度性能测试:优化后泵在0度叶片安放角下的最高效率提高了1.76%,扬程略有降低,设计比转速增加至1450,且其余角度下的效率均得到了一定的提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH312
【参考文献】
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2422212
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