轴向漩涡流动的理论分析

发布时间：2020-08-24 19:57

【摘要】： 提高离心泵的性能,关键在于对其内部流动现象,流动结构和能量损失机理具有深刻认识。当前水力机械内部复杂流动的研究已经深入到了非定常阶段,进一步探索转轮内部湍流结构和其非定常流动机制,以及主流和叶片之间的非定常相互作用,研究其各种影响因素和有效控制措施,从而研究出高效节能的转轮,这已成为进一步提高水力性能的关键。通常离心叶轮内的相对流动,认为是均匀流动和轴向旋涡流动的叠加,认清这两个流动的特点是认识叶轮内速度分布以及由此决定的外特性的基础。轴向旋涡的研究,过去主要是以理论的方法分析或者配合一定的实验结果,但目前还在较为初级的阶段。轴向漩涡流动是一种叶轮内特殊的相对流动,为了找到叶轮流道内轴向旋涡在不同条件下的速度分布规律和叶轮内特别是其出口部分的相对速度,本研究将以理论和模拟的方法,确定一些特定的旋转,以及分别研究流体有粘性和无粘性的两种情况下的轴向旋涡流动的速度分布情况。本研究将模拟三种不同几何边界的轴向旋涡流动,来发现轴向旋涡流动的特点,并验证,修正或充实原有的理论分析和实验。所以本课题具有基础研究的性质。这一研究结果将丰富人们对轴向旋涡流动的认识,从而将泵的正反问题研究提高到一个新的水平。本课题首先利用理论的方法并借助斯托道拉(Stodola)法,来确定理想流体在三种典型的几何边界情况下轴向旋涡运动的相对速度分布情况,再利用计算流体动力学(CFD)方法,对这三种情况下的内部流动进行模拟,计算,分析。以叶轮叶片之间的模拟为例,根据κ-ε理论,选取一典型的离心泵叶轮模型,利用UG软件建立封闭叶轮的三维几何模型,通过Gambit软件贴体坐标和四面体网格系统,生成计算网格,再用fluent软件进行三维内部流场的数值模拟,便可以得到离心泵叶轮内的流道速度,速度矩以及压力等参数的分布情况。最后通过分析模拟计算结果,发现叶轮流道内部流动的特征与理论推导所得的数学表达式基本相符,并得出以下重要结论及经验: (1)在叶片中部,由于两个相对流动在叶片背面方向一致,在工作面方向相反,结果导致工作面的相对速度将小于叶片背面的相对速度,由伯努利方程,工作面的水压力将大于叶片背面水压力,叶片两侧出现一个压力差。 (2)在叶轮出口处,叶片出口的真实相对速度矢量不可能与叶片表面在出口处相切,也不可能与叶轮外圆周相切,这时真实相对速度矢量与圆周方向的夹角即实际液流角将小于叶片出口安放角。这将对叶轮产生的扬程有十分重大的影响。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH311
【图文】：

分布情况,三棱柱,部分截面,水体

.3模拟结果分析1)压力场分析由图5一9和5一15，三棱柱水体在无粘性的条件下，不同的旋转角速度。对它的压力分布影响不大，都是按照以下的规律大致分布的:在三棱柱水体的三个棱角处压力偏大，尤其在与旋转方向一致靠近其中一个顶点的区域压力最大，而三角形的三条边都大致对半分为高压区和低压区，水体中心轴处的压力最小，并形成以轴心线为中心的曲边等边三角形的等压面。在有粘性的条件下，从图5一12和5一18中可以发现随着旋转角速度毋的增加压力分布情况变化也并不明显，呈现如下的分布规律:除了在三角形的三个顶点处区域压力较大，其它区域的压力相对较小且变化不大，等压面也是曲边等边三角形。

【参考文献】