旋转喷射泵的启动特性及内部流场研究

发布时间：2020-05-23 18:52

【摘要】： 旋喷泵是一种新型特低比转速泵,具有小流量、高扬程、Q-H曲线平坦、结构简单等特点,它比一般的同比转速的离心泵效率要高10-20%左右,广泛应用于石油化工、冶金、造纸、消防等行业。由于国内对于旋喷泵的研究起步较晚,研究不够深入全面,尤其是对于主要过流部件-集流管和转子腔的研究很少,致使该类型泵的效率还较低,应用较少。另外,在已投入使用的旋喷泵中,启动力矩特别大也是应用中存在的一个重要问题,因此研究旋喷泵内的流动规律以及启动特性有着重大的理论价值和良好的应用前景。本文利用FLUENT6.1软件,采用标准k-ε方程紊流模型和SIMPLEC算法,对课题组以前设计的XP300-6型旋喷泵进行了内部流场的数值模拟,对转子腔内液体流动规律进行了重点研究分析,针对旋喷泵在启动过程中会产生很大的力矩的实际问题,对旋转喷射泵的启动特性进行了研究,推导出了针对旋喷泵启动过程的力矩方程。通过研究得到的主要结论如下: (1)通过对旋喷泵转子腔内液体流动规律的数值研究,并对不同轴向长度、不同截面进行分析计算后发现:转子腔内的流体速度随着半径的增加而增大,腔体内液体随着腔体做刚性运动,即每一点的角速度值都是相等的,并且腔内液体的旋转角速度ω_L与腔体的旋转角速度值ω之间的定量关系是ω_L-0.78ω。并且在转子腔轴向长度为90mm-120mm的范围内上述结论都是成立的。 (2)集流管进口直径对旋喷泵的性能影响较大,通过研究发现:集流管进口名义尺寸可按d_(计算)-(?)计算,另外需要考虑集流管进口处的缩孔效应。对集流管进口处因缩孔效应进行研究,得到了缩孔厚度δ与管道直径d之间的数值关系:δ=0.2d。进而得到了集流管进口实际尺寸与计算尺寸之间的关系:d_(实际)=1.2d_(计算),计算结果取整。该结论对设计集流管具有指导意义。 (3)分析了影响旋喷泵启动力矩大小的因素:叶轮、转子腔、腔内液体及集流管,通过推导得到了旋喷泵的启动力矩公式。通过推导出的旋喷泵启动力矩公式发现:旋喷泵的启动力矩与启动加速度有很大关系,启动加速度越大,启动力矩越大,另外还与转子腔腔体的径向长度有关,转子腔腔体的径向长度越大,启动力矩越大。
【图文】：

旋喷泵

集流管流道分别建模，最后进行组装，文献【41】也是采用的这种方法，本文与之不同之处在于前流道的建模，文献【41]中把前流道进行了简化，为精确起见，本文进行了全前流道建模。如图3.1所示。图3.1旋喷泵前流道图图3.2旋喷泵全流道图其余的建模过程参考文献[41]，本文不再赘述。整个旋喷泵的模型如图3.2所示。由于G灿超IT1421提供了多种网格单元，可根据用户的要求自动完成划分网格的工作，，并且可以生成结构网格、非结构网格和混合网格等多种类型的网格。它有着良好的自适应功能，能对网格进行细分和粗化，或生成不连续网格、可变网格和滑移网格，并且与分析软件FLUENT匹配较好，所以本文采用GAMBIT软件对旋喷泵进行网格的划分。现在网格常用的有结构化网格和非结构化网格[43]。(1)结构化网格从严格意义上讲，结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元

旋喷泵,结构化网格

文进行了全前流道建模。如图3.1所示。图3.1旋喷泵前流道图图3.2旋喷泵全流道图其余的建模过程参考文献[41]，本文不再赘述。整个旋喷泵的模型如图3.2所示。由于G灿超IT1421提供了多种网格单元，可根据用户的要求自动完成划分网格的工作，并且可以生成结构网格、非结构网格和混合网格等多种类型的网格。它有着良好的自适应功能，能对网格进行细分和粗化，或生成不连续网格、可变网格和滑移网格，并且与分析软件FLUENT匹配较好，所以本文采用GAMBIT软件对旋喷泵进行网格的划分。现在网格常用的有结构化网格和非结构化网格[43]。(1)结构化网格从严格意义上讲，结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，结构化网格有很多优点:①它可以很容易的实现区域的边界拟合
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH311

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