导叶立式自吸泵设计、数值模拟及试验研究

发布时间：2020-05-15 03:14

【摘要】： 本论文在对目前自吸泵研究成果总结的基础上,提出了新的设计方法,设计了一台导叶立式自吸泵,改进并简化了自吸结构,提高了泵的使用可靠性,取得了一定的成果。虽然目前应用传统的离心泵设计理论来设计导叶离心泵已经很成熟,但对影响导叶自吸泵自吸性能的因素还不清楚,主要根据经验来选取参数,对其内部流场流动规律的研究不多。因此利用ANSYS-ICEM和CFX软件,采用大涡模拟方法,对导叶立式自吸泵内部流场进行了分析研究,并对其泵体进行了优化设计,最后制造出模型泵实型,进行实验验证。本文的主要工作如下: (1)总结了自吸泵的研究现状和前人的研究成果,提出了一种新型的导叶立式自吸泵的设计理论及方法,并设计了一台导叶立式自吸泵模型,属于外混式自吸泵,叶轮为闭式叶轮,不设蜗壳。叶轮后能量的转换在导叶流道内部完成。 (2)利用Pro/E对泵流道进行三维实体造型,简要介绍了网格生成技术,选用四面体/非结构网格,并利用ANSYS提供的软件ICEM进行网格划分。 (3)利用CFX软件对泵内三维定常单液相流场进行了数值模拟,得到了内部流动特征。对泵内气液两相进行了数值模拟,显示了自吸时气液两相流场分布情况。应用大涡模型(LES)进行了三维非定常数值模拟,对泵内非定常压力脉动情况进行了监测,结果表明:泵内的压力脉动呈现有规律的周期性变化,流体的脉动幅值从叶轮向出口逐渐减小,叶轮转频始终是影响压力脉动的主要因素。最后对不同流量下的压力脉动进行了对比,发现偏离最优工况运行时,压力脉动幅值都有所增大,并且大流量工况要优于小流量工况。 (4)采用CFX软件对不同工况下的模型泵内部流动进行数值模拟,得到了外特性变化规律。利用正交优化方法研究了主要参数对性能影响的主次顺序,并找到了最优的参数组合。 (5)对导叶立式自吸泵做了性能试验,与性能预测结果进行了对比。通过试验研究,验证了导叶立式自吸泵的设计方法的合理性。同时,与数值计算结果比较,肯定了所选模型及计算方法的正确性。
【图文】：

网格图,网格图,流道,网格

范围更广的四面体/混合网格，mins论e取2，划分结果:网格数为2227781，其中叶轮流道的网格数501760，导叶流道的网格数1338682，分离室流道的网格数387339。网格划分结果图见图3一1。图3一1流道网格图网格无关性检验网格的划分对数值计算的计算结果的准确度是有较大影响的。这是因为在数值计算中，，将微分方程转化为离散方程时会产生离散误差，网格的疏密直接影响到离散误差的大小。对于同样的离散格式，网格越密，离散误差就越小。所以在网格划分时，充分考虑网格究竟取多大才’是合适的。理论上把这一问题称为网格无关性，其表述如下:合适的网格密度可以通过对不同网格密度的模型进行计算后比较计算结果中流场的分布情况而获得。当流场的分布不再随着网格密度的加大而改变时，理论上认为此时的网格致密度是合适的。在实际的数值计算中，网格应该细密到这样的程度，即在进一步细化网格时，在工程允许的偏差范围内数值解几乎不再发生变化，这样的解称为网格独立的解。在具体的实施方面

网格,离散误差,网格密度,无关性

范围更广的四面体/混合网格，mins论e取2，划分结果:网格数为2227781，其中叶轮流道的网格数501760，导叶流道的网格数1338682，分离室流道的网格数387339。网格划分结果图见图3一1。图3一1流道网格图网格无关性检验网格的划分对数值计算的计算结果的准确度是有较大影响的。这是因为在数值计算中，将微分方程转化为离散方程时会产生离散误差，网格的疏密直接影响到离散误差的大小。对于同样的离散格式，网格越密，离散误差就越小。所以在网格划分时，充分考虑网格究竟取多大才’是合适的。理论上把这一问题称为网格无关性，其表述如下:合适的网格密度可以通过对不同网格密度的模型进行计算后比较计算结果中流场的分布情况而获得。当流场的分布不再随着网格密度的加大而改变时，理论上认为此时的网格致密度是合适的。在实际的数值计算中，网格应该细密到这样的程度，即在进一步细化网格时，在工程允许的偏差范围内数值解几乎不再发生变化，这样的解称为网格独立的解。在具体的实施方面
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH317

【参考文献】