泵叶轮结构的参数化造型方法和水力性能分析

发布时间：2017-04-13 07:28

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【摘要】：泵作为一种通用机械在国民经济中有着广泛的应用。随着科技的快速发展及国家“节能减排”计划的实施,泵的使用领域也在逐步扩大,同时,对泵的效率、可靠性、安全性提出了更高的要求。因此,提高泵的设计水平和产品质量无论是从节能的角度还是从经济的角度,都可以给社会带来巨大的效益。本文从叶轮内流动的损失分析出发,研究了叶轮内的水力损失与过流部件主要设计参数之间的关系,针对传统设计方法的设计周期长、工作量大、对设计者经验的依赖性大的缺点,在传统的一元设计理论的基础上,提出了叶片的参数化造型方法,实现了叶轮的参数化造型,为CFD分析、水泵性能的优化设计提供了基础。本文主要研究内容有：(1)从分析叶轮内流动的损失的角度出发,编写了叶轮内水力损失模型的程序,研究了叶轮内的水力损失与叶轮主要设计参数之间的关系,分析了一维设计参数对损失模型的影响,为叶轮水力设计部分参数的选择提供参考。(2)在一元流动理论的基础上,提出了泵叶轮结构的参数化造型的方法,建立了叶轮参数化造型的数学模型。(3)将传统的绘图过程与泵叶轮结构的参数化造型方法相结合,并使用数学的方法进行分析,使之算法化,通过MATLAB编程,完成了叶轮轴面投影图的绘制、流线展开图的绘制、空间流线图的绘制、空间流线加厚图的绘制,实现了叶片的参数化设计,利用三维造型软件实现叶片和叶轮的实体造型。(4)以核主泵AP1000为例,用程序及UG实现叶轮的造型,并与传统的手工造型比较和用CFD对参数化造型程序得到的叶轮模型进行分析,验证了参数化造型程序的可行性。
【关键词】：叶轮 一元设计理论 损失模型 参数化设计 实体造型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 符号说明9-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 泵的研究现状11-13
• 1.2.1 泵的国外研究现状11-12
• 1.2.2 泵的国内研究状况12-13
• 1.3 课题的提出及意义13
• 1.4 论文结构和内容安排13-15
• 1.4.1 论文结构13-14
• 1.4.2 内容安排14-15
• 2 叶轮水力设计的基本理论15-27
• 2.1 叶轮一元设计理论15
• 2.2 泵的基本方程15-17
• 2.3 滑移系数17-19
• 2.3.1 滑移系数的定义17-18
• 2.3.2 滑移系数与扬程的关系18-19
• 2.4 基于损失模型的一维设计19-26
• 2.4.1 水力损失的基本形式19-21
• 2.4.2 水力损失与设计参数的关系21-23
• 2.4.3 设计参数对水力损失的影响分析23-25
• 2.4.4 一维参数的确定25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 叶轮的参数化造型设计27-44
• 3.1 叶片参数化造型的方法27-32
• 3.1.1 轴面流道的确定27
• 3.1.2 空间流线的确定27-30
• 3.1.3 叶片加厚30-32
• 3.2 建立叶轮参数化造型的数学模型32-41
• 3.2.1 基本设计参数32
• 3.2.2 性能参数的确定32-33
• 3.2.3 轴面投影参数的确定33-35
• 3.2.4 叶片数的确定35
• 3.2.5 叶片厚度的确定35-36
• 3.2.6 叶片进出口安放角的确定36-37
• 3.2.7 建立轴面投影图的数学模型37-39
• 3.2.8 建立空间流线的数学模型39-40
• 3.2.9 建立叶片加厚的数学模型40-41
• 3.2.10 叶轮的实体造型41
• 3.3 叶轮参数化造型和传统造型的比较41-43
• 3.3.1 叶轮的轴面流道41-42
• 3.3.2 叶片型线安放角的变化规律42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 数值模拟及性能分析44-54
• 4.1 软件简介44-45
• 4.1.1 MATLAB的简介44
• 4.1.2 UG的简介44-45
• 4.2 程序算例45-48
• 4.3 CFD计算分析48-53
• 4.3.1 网格划分48-49
• 4.3.2 边界条件的设置49-50
• 4.3.3 叶轮内部流场的数值模拟结果50-52
• 4.3.4 模拟结果分析52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 结论及展望54-55
• 5.1 结论54
• 5.2 展望54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59

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本文编号：303098