离心泵内部流动失稳机理及其性能改进研究

发布时间：2017-03-30 14:26

  本文关键词：离心泵内部流动失稳机理及其性能改进研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心泵耗能巨大，提高离心泵的效率，可以充分利用有限能源，提高经济效益。目前国内外学者，对离心泵进行了较多研究，但是由于离心泵内部流动结构复杂，存在二次流、涡流、分离、射流—尾迹等复杂流动，使得流动失稳机理尚不完全清楚，有待进一步深入研究。近20年以来，随着计算机硬件技术，数值计算技术的发展，CFD计算在离心泵等流体机械内应用越来越广泛。计算流体力学的基本原理是应用计算机数值求解流场的控制方程，获得整个计算域离散的网格点上的流动参数。但是目前在国内，CFD技术依然处于较为基础的阶段，为了更好地利用CFD技术研究离心泵等叶轮机械复杂的流动，还需要对CFD技术进行更深入的分析和研究。此外，离心泵内部流动失稳机理目前尚未十分清楚，缺乏有效的分析离心泵内部失稳的准则，在借鉴国内外研究人员的工作基础上，本文对CFD技术在离心泵流场结构研究、性能预测、流场参数分析等方面的应用进行了一些尝试和探索，并且应用能量梯度方法，，在离心泵内部流动失稳方面做一些探索性工作。 本文主要工作内容包括以下几个方面：全流场数值计算、基于能量梯度理论的离心泵内部稳定性分析、离心泵性能改进研究。首先通过阅读和分析大量的相关文献，确定旋转坐标系下，离心泵内部流畅数值计算的支配方程，然后利用三维绘图软件进行几何建模，获得离心泵进口、叶轮和蜗壳组成的计算域，并对其进行网格划分，分别将不同网格密度和湍流模型的数值计算结果与实验结果进行对比，确定了适合实验离心泵的网格密度和湍流模型，然后通过数值计算获得离心泵全流场参数，在Q/Qn=0.2~1.2流量范围内，离心泵扬程、轴功率、效率的预测曲线与实验获得的曲线吻合较好，然后结合能量梯度理论研究离心泵失稳的机理，最后对离心泵进行了优化。 本文研究结果表明：将能量梯度方法应用于分析离心泵内部流动是合理的，控制K参数在叶轮机械内部的分布，可以为改进叶轮机械的设计提供理论指导。此外，本文的研究结果也为揭示离心泵内复杂流动现象的作用机理提供了参考，对离心泵失稳研究及实施流动控制，以及对湍流的理论研究和工程应用都具有一定的意义。
【关键词】：离心泵 能量梯度方法 数值模拟 流动失稳 性能改进
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 离心泵实验研究11-12
• 1.2.2 离心泵数值研究12-14
• 1.3 离心泵内部流动不稳定性研究的难点14-15
• 1.4 能量梯度方法15-19
• 1.4.1 能量梯度方法原理简介16-17
• 1.4.2 能量梯度函数计算17-19
• 1.5 本文主要工作内容19-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 离心泵数值计算及其性能预测21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 离心泵几何模型21-24
• 2.3 计算域网格划分24-25
• 2.4 控制方程及数值方法25-26
• 2.5 边界条件26-27
• 2.6 网格无关性检验27-28
• 2.7 离心泵的性能预测28-32
• 2.7.1 各性能参数计算公式28-30
• 2.7.2 离心泵外特性曲线30-32
• 2.8 本章小结32-33
• 第三章 离心泵小流量工况下流动失稳的机理研究33-39
• 3.1 引言33
• 3.2 不同流量工况对离心泵内部流场结构的影响33-36
• 3.3 离心泵内部流场流动稳定性分析36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 叶轮—蜗壳相互干涉对离心泵内部流场稳定性的影响39-45
• 4.1 引言39
• 4.2 离心泵内部流动的非定常特性39-41
• 4.3 叶轮—蜗壳相互干涉的影响41-42
• 4.4 不同叶片相对位置的稳定性分析42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 转速对离心泵外特性及内部流动稳定性影响45-50
• 5.1 引言45
• 5.2 转速对外特性的影响45-47
• 5.3 不同转速下的离心泵内部流动失稳分析47-49
• 5.3.1 离心泵轴向不同剖面位置流动稳定性分析47-48
• 5.3.2 转速对流动失稳的影响分析48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 第六章 进口管道和包角对离心泵性能的影响研究50-59
• 6.1 引言50
• 6.2 离心泵进口管道几何对内部流动稳定性及其整机性能的影响50-54
• 6.2.1 进口管道几何结构50-51
• 6.2.2 进口管道对外特性的影响51-52
• 6.2.3 不同进口管道对离心泵内部流场的影响52-54
• 6.2.4 结论54
• 6.3 包角变化时的几何设计几何54-58
• 6.3.1 包角对离心泵外特性的影响55-56
• 6.3.2 包角对离心泵内部流场的影响56-57
• 6.3.3 结论57-58
• 6.4 本章小结58-59
• 第七章 结论和展望59-62
• 7.1 结论59-60
• 7.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间研究成果66-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：277365