叶片水力非对称性低比速离心泵特性研究

发布时间：2017-04-10 22:26

  本文关键词：叶片水力非对称性低比速离心泵特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水泵是一种应用广泛的耗能机械,其中高扬程、小流量的低比转速离心泵被广泛应用于农田生产、城市给水、能源及交通等诸多领域。叶轮作为离心泵的重要工作部件,它的形状、尺寸、加工工艺等对泵性能有决定性的影响。然而实际生产制造过程中,由于铸造、加工精度、装配误差等方面的缺陷,叶轮不可避免地存在质量不平衡,进而在运行过程中造成水力不平衡,引起振动,产生噪音,加速轴承磨损,缩短水泵寿命,严重时能造成破坏性事故。为充分认识偏心叶轮对离心泵内部流场的影响,本文提出一种装配非对称叶片的低比转速离心泵。在0.8Q、1.0 Q、1.2 Q流量工况下对叶轮偏心距为0mm、1mm、3mm、5mm泵的全流场区域进行定常和非定常数值模拟,对比分析整泵的能量特性、压力脉动特性、径向力特性以及汽蚀特性的变化规律。选取叶轮偏心距为0mm和3mm的泵进行能量特性、压力脉动特性以及汽蚀特性试验,并与数值模拟对比分析。主要研究内容和结论有:1.建立叶片水力非对称性低比转速离心泵三维数值计算模型,进行结构化网格划分,采用k-?湍流模型对4种方案模型泵进行三维定常数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:偏心之后的泵性能变差,且随着叶轮偏心距离的增大,扬程和效率逐渐变小,但偏心距离对扬程和效率影响有限。数值模拟的方法可以较为准确的预测模型泵的水力性能。2.在定常模拟结果的基础上,采用k-?湍流模型对4种方案模型泵进行三维非定常数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:(1)4种方案在同一监测点处的叶频及其谐频的幅值大小基本一致,轴频及其谐频(叶频及其谐频除外)的幅值依次增大。在0.8Q、1.0Q、1.2Q工况下,4个监测点处的压力脉动特性变化规律基本相同,同一监测点处的压力脉动幅值随流量工况的增大而减小。(2)在额定工况附近,叶轮和蜗壳上径向力随流量的增大而减小,且叶轮上径向力远小于蜗壳上径向力。相比偏心0mm,偏心1mm、3mm、5mm方案中叶轮上径向力波动幅值剧烈且不规律,蜗壳上径向力同样具有明显的周期性,大小变化不大,但波动幅值有明显区别,且随偏心距离的增大而增大。3.基于标准k-?湍流模型和Rayleigh-Plesset汽蚀模型,对4种方案模型泵泵的汽蚀性能进行三维定常数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:在相同工况下,偏心0mm、1mm、3mm、5mm对应的临界汽蚀余量依次增大,即随着叶轮偏心距离的增大,离心泵的汽蚀性能逐渐变差;临界汽蚀余量随流量的增大而增大,即汽蚀性能随流量的增大而变差。
【关键词】：低比速离心泵 非对称叶片 压力脉动 汽蚀 试验研究
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究的背景和意义12
• 1.2 研究现状12-16
• 1.2.1 低比转速离心泵的发展状况12-13
• 1.2.2 离心泵能量特性研究13-14
• 1.2.3 离心泵压力脉动特性与径向力特性研究14-15
• 1.2.4 离心泵汽蚀特性研究15-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 数学模型及数值计算方法18-28
• 2.1 CFD理论基础概述18-19
• 2.2 基本结构及水力模型19-20
• 2.2.1 基本结构19
• 2.2.2 叶轮的水力模型19-20
• 2.2.3 蜗壳的水力模型20
• 2.3 偏心方案的提出以及方案的确定20-21
• 2.4 三维造型及网格划分21-24
• 2.4.1 三维流场建模21-22
• 2.4.2 网格划分22-24
• 2.5 数值计算方法24-27
• 2.5.1 控制方程24
• 2.5.2 湍流模型24-25
• 2.5.3 边界条件25
• 2.5.4 离散方法及离散格式25
• 2.5.5 数值算法25-26
• 2.5.6 收敛性判断26
• 2.5.7 网格无关性验证26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 能量特性分析28-37
• 3.1 内部流场分析28-30
• 3.2 4 种方案下低比速离心泵性能预测30-32
• 3.3 试验研究32-35
• 3.3.1 试验方案32-33
• 3.3.2 试验台布置33
• 3.3.3 试验结果分析33-35
• 3.4 性能预测与试验结果对比分析35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 压力脉动特性与径向力特性分析37-53
• 4.1 压力脉动概述37-39
• 4.1.1 叶频倍频脉动的简介37-38
• 4.1.2 压力脉动特征参数38
• 4.1.3 压力脉动的分析方法38-39
• 4.2 监测点位置和采样频率及时间的确定39-41
• 4.2.1 监测点位置的确定39
• 4.2.2 采样频率及采样时间的确定39-41
• 4.3 低比转速离心泵非定常数值模拟41-46
• 4.3.1 非定常计算边界条件41
• 4.3.2 非定常计算静压分布41-42
• 4.3.3 额定工况下偏心 0mm压力脉动时域和频域分析42-43
• 4.3.4 额定工况下4种方案压力脉动时域和频域分析43-44
• 4.3.5 不同工况下偏心 0mm压力脉动频域分析44-46
• 4.4 压力脉动试验研究46-48
• 4.4.1 压力脉动试验装置46
• 4.4.2 压力脉动试验结果分析与对比46-48
• 4.5 径向力分析48-51
• 4.5.1 不同工况下偏心 0mm径向力分析49-50
• 4.5.2 额定工况下4种方案径向力分析50-51
• 4.6 本章小结51-53
• 第五章 汽蚀特性分析53-67
• 5.1 泵汽蚀概述53-55
• 5.1.1 汽蚀发生的阶段和种类53
• 5.1.2 离心泵汽蚀基本理论53-55
• 5.2 定常汽蚀性能流场分析55-61
• 5.2.1 泵内部流场分析55-56
• 5.2.2 额定工况下偏心 0mm不同有效汽蚀余量时的空泡分布56-58
• 5.2.3 额定工况下4种方案叶轮内部空泡分布58-60
• 5.2.4 不同工况下偏心 0mm叶轮内部空泡分布60-61
• 5.3 汽蚀性能预测61-62
• 5.4 汽蚀试验研究62-66
• 5.4.1 试验数据及试验结果63-65
• 5.4.2 汽蚀性能预测与试验结果对比分析65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-70
• 6.1 总结67-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作75

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