离心泵叶轮的优化设计与内部流场分析

发布时间：2017-03-24 00:02

  本文关键词：离心泵叶轮的优化设计与内部流场分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泵的应用非常广泛,是一种通用动力机械,如应用于采矿中坑道的排水、冶金冶炼炉中各种液体的输送、农业灌溉等各个领域。国内的离心泵主要存在效率低、性能不稳定、抗汽蚀能力差、扬程不达标等方面的问题。本文建立了效率、扬程及汽蚀余量的数学模型,利用多目标优化设计方法对离心泵叶轮的几何参数进行了优化。并对优化后的离心泵进行三维建模及流场分析,最后对离心泵叶轮的结构特性进行研究,为优化后的离心泵进一步优化提供参考。主要研究内容有：1.分别对离心泵叶轮的效率、扬程、汽蚀余量以及驼峰曲线建立数学模型,将效率、扬程、汽蚀余量数学模型组合成多目标优化数学模型,确定了消除驼峰曲线的条件。2.赋予各目标函数相应的权重系数,确定离心泵叶轮主要几何参数的边界条件,编写好相关的遗传算法程序。在MATALB中对程序进行计算得叶轮最优化几何参数,对优化后的离心泵和原离心泵数学模型进行比较分析,得到性能优秀离心泵的几何参数。3.运用PRO/E软件对离心泵叶轮和蜗壳流道分别进行三维建模。利用ANSYS ICEM CFD软件对离心泵叶轮和泵壳分别划分非结构网格,将叶轮和泵壳的流场网格进行装配并输出为FLUENT可分析的文件。4.确定离心泵的进口边界条件、出口边界条件以及接触面,采用RNGk-ε湍流模型。运用FLUENT软件对离心泵泵内流场在不同工况下进行数值模拟,得到不同工况下离心泵的内流场速度、静压力和总压力分布图。5.根据模拟结果预测了离心泵的性能曲线,并与离心泵优化前后的计算结果进行比较。验证优化后的离心泵效率、扬程都得到了提高,运行也更加稳定。
【关键词】：离心泵 优化设计 数值模拟 性能曲线预测
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 本课题的研究背景与意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 国内外研究的进展14-15
• 1.2.2 优化设计方法在离心泵中的应用15-16
• 1.2.3 CFD技术在离心泵中的应用16-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 第二章 离心泵的优化数学模型19-35
• 2.1 离心泵介绍与工作原理20-22
• 2.1.1 离心泵水力设计20
• 2.1.2 离心泵的典型结构20-21
• 2.1.3 离心泵的工作原理21-22
• 2.2 离心泵的基本控制方程22-24
• 2.3 离心泵理论扬程最大的数学模型24-25
• 2.4 离心泵效率最大的数学模型25-28
• 2.4.1 离心泵的水力效率25-27
• 2.4.2 离心泵的容积效率27-28
• 2.4.3 离心泵的机械效率28
• 2.4.4 离心泵的总效率28
• 2.5 离心泵汽蚀余量的数学模型28-30
• 2.6 消除H-Q驼峰曲线30-31
• 2.7 目标函数与约束条件的处理31-33
• 2.7.1 统一目标函数31-32
• 2.7.2 约束条件的处理32-33
• 2.8 本章小结33-35
• 第三章 离心泵叶轮的多目标优化设计35-41
• 3.1 遗传算法概述35-36
• 3.2 离心泵叶轮优化实例36-37
• 3.2.1 离心泵参数的确定36-37
• 3.2.2 加权因子的确定37
• 3.2.3 各变量约束值的确定37
• 3.3 优化计算及结果分析37-39
• 3.4 与其他优化结果的对比分析39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 离心泵内部流场分析41-63
• 4.1 离心泵的三维几何造型41-43
• 4.2 计算流体力概念43-44
• 4.3 ANSYS ICEM CFD网格划分44-47
• 4.3.1 ANSYS ICEM CFD的特点44-45
• 4.3.2 离心泵流道网格划分45-47
• 4.4 泵内流场基本控制方程47-50
• 4.4.1 基本控制方程47-48
• 4.4.2 湍流模型48-49
• 4.4.3 合适的边界条件49
• 4.4.4 固体壁面边界条件49-50
• 4.5 泵内流场计算过程50-52
• 4.6 离心泵内流场模拟结果与分析52-62
• 4.6.1 残差曲线图52-53
• 4.6.2 离心泵内部速度分布53-55
• 4.6.3 离心泵内部静压力分布55-57
• 4.6.4 离心泵内部总压力分布57-59
• 4.6.5 离心泵特征曲线预测59-60
• 4.6.6 优化前后结果比较分析60-62
• 4.7 本章小结62-63
• 总结与展望63-65
• 一. 总结63-64
• 二. 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-71
• 致谢71

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韦章兵,欧泽深;离心泵叶轮内气、固相运动特征的研究[J];机械工程学报;2002年03期

2 齐学义,倪永燕;复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析[J];甘肃工业大学学报;2003年04期

3 阮超群,赵育恺;离心泵叶轮叶形检测方法[J];通用机械;2003年03期

4 刘胜柱,郭鹏程,罗兴，

本文编号：264764