氟塑料离心泵内部流场的数值模拟及实验研究

发布时间：2017-04-19 11:08

  本文关键词：氟塑料离心泵内部流场的数值模拟及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氟塑料离心泵过流部件材质选用可耐强腐蚀的氟塑料,被广泛应用于化工、制药、冶金等行业和对于腐蚀性介质的输送岗位。但是目前国内的氟塑料离心泵设计理论落后,仍停留在国外20世纪70至80年代的水平,导致离心泵的设计存在效率低、寿命短、性能差、可靠性差等缺点。近年来,随着计算流体动力学(CFD)技术的发展及在相关领域的应用,使得离心泵的工程设计也逐渐加入了CFD研究。基于此,本文将氟塑料离心泵的性能改进设计与计算流体动力学研究紧密结合起来,从离心泵流体流动机理出发,使用数值模拟的方法研究离心泵内部流动规律,利用模拟结果对泵的性能指标进行预测,从而用以指导氟塑料离心泵的设计。本文结合上述内容进行了以下几个方面的研究:首先,以Pro/E平台为基础,参照同型号金属离心泵水力设计图,以不同于传统氟塑料离心泵叶轮的设计方法,对原有的直叶片叶轮进行了改进设计,建立了扭曲叶片叶轮的三维模型,同时对两种不同叶片形式叶轮的氟塑料离心泵的整机过流流道进行建模。其次,以流体力学为基本理论,在分析并总结了前人成果的基础上,利用FLUENT软件,在三种工况下对改进后的扭曲叶片叶轮氟塑料离心泵进行内部流场的数值模拟,分析流体在离心泵中的速度和压力分布,揭示离心泵在不同工况下内部的流动规律,为氟塑料离心泵在叶轮结构上的改进提供了参考数据。再次,将传统的圆柱直叶片叶轮氟塑料离心泵现场实验数据曲线与两种不同叶片形状叶轮的氟塑料离心泵在九个不同工况下数值模拟的预测特性曲线进行两两对比,发现改进后的扭曲叶片叶轮氟塑料离心泵的扬程提高1m~2m,效率提高了3%~4%,功率也下降了少许但整体变化不大,很好的验证了改进后的扭曲叶片叶轮的氟塑料离心泵性能的优越性。最后,对于蜗壳内壁磨损的氟塑料离心泵,构造类似于凹坑的球冠体来代替蜗壳内壁不平整的物理模型,进行内流场数值模拟,发现当球冠体半径为8mm、高度为4mm时,在额定流量工况时扬程下降了约2.3m,在各个工况下效率基本上维持在下降5%左右,由此可见磨损后的氟塑料离心泵性能有明显的下降趋势,进而验证了蜗壳内壁不平整度对氟塑料离心泵性能产生了严重的影响。本文为氟塑料离心泵性能改进方面提供了一定的理论依据和实验数据,有助于新型产品的开发和应用。同时,对于氟塑料离心泵在实际生产过程所遇到的问题具有指导性的意义,对于降低产品成本、提高产品效率和质量等具有现实的意义。
【关键词】：氟塑料离心泵 扭曲叶片叶轮 数值模拟 内部流场 实验数据 不平整度 外特性
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义13-14
• 1.1.1 课题来源13
• 1.1.2 课题研究的目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势14-19
• 1.2.1 国内外泵技术现状与发展14-15
• 1.2.2 国内外泵产品CAD技术现状与发展15-16
• 1.2.3 国内外离心泵数值模拟研究16-19
• 1.3 论文研究的主要内容19-21
• 第二章 流体数值模拟的基本理论21-33
• 2.1 计算流体力学简介21-22
• 2.2 计算流体力学控制方程22-29
• 2.2.1 质量守恒方程23
• 2.2.2 动量守恒方程23-25
• 2.2.3 能量守恒方程25
• 2.2.4 湍流模型25-29
• 2.3 多相流模型29
• 2.3.1 离散相模型29
• 2.3.2 多流体模型29
• 2.4 边界条件29-31
• 2.5 流场数值计算的主要方法31
• 2.6 离散方法与格式31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 氟塑料离心泵数值模拟模型整机建模33-49
• 3.1 氟塑料离心泵叶轮的总体设计方案34-36
• 3.1.1 圆柱形叶轮与扭曲叶片叶轮的区别34-35
• 3.1.2 氟塑料离心泵叶轮三维建模流程35-36
• 3.2 氟塑料离心泵叶轮轴面流道曲线的生成36-38
• 3.2.1 Bezier曲线36-37
• 3.2.2 基于Bezier曲线对氟塑料离心泵叶轮轴面流道线设计37-38
• 3.3 氟塑料离心泵圆柱直叶片叶轮造型及流道建模38-40
• 3.3.1 氟塑料离心泵圆柱直叶片叶轮建模38-40
• 3.3.2 氟塑料离心泵圆柱直叶片叶轮流道建模40
• 3.4 氟塑料离心泵扭曲叶片叶轮造型及流道建模40-44
• 3.4.1 氟塑料离心泵叶轮叶片曲面型值点数据40-42
• 3.4.2 氟塑料离心泵扭曲叶片叶轮三维造型42-44
• 3.4.3 氟塑料离心泵扭曲叶片叶轮流道建模44
• 3.5 氟塑料离心泵蜗壳流道设计及建模44-47
• 3.5.1 氟塑料离心泵蜗壳水力模型44-45
• 3.5.2 氟塑料离心泵锅壳流道实体建模45-47
• 3.6 氟塑料离心泵整机流道建模47
• 3.7 本章小结47-49
• 第四章 氟塑料扭曲叶片叶轮离心泵内部流场的数值模拟49-69
• 4.1 数值模拟流道模型的建立49-50
• 4.2 网格的生成50-52
• 4.3 旋转叶轮和静止蜗壳的耦合52-53
• 4.4 数值模拟过程设置53-55
• 4.4.1 计算模型设置53
• 4.4.2 材料属性及运行条件设置53-54
• 4.4.3 边界条件设置54
• 4.4.4 计算方法设置54
• 4.4.5 计算结果收敛性的判定54-55
• 4.5 氟塑料扭曲叶片叶轮离心泵整机数值模拟结果分析55-57
• 4.6 氟塑料扭曲叶片叶轮内部流场分析57-66
• 4.6.1 扭曲叶片背面及工作面压力与速度云图分析57-58
• 4.6.2 扭曲叶片叶轮绝对速度分析58-60
• 4.6.3 扭曲叶片叶轮相对速度分析60-62
• 4.6.4 扭曲叶片叶轮内压力场分析62-66
• 4.7 氟塑料离心泵蜗壳内部流场分析66-67
• 4.8 本章小结67-69
• 第五章 氟塑料离心泵性能预测及实验对比分析69-81
• 5.1 外特性参数的计算69-71
• 5.1.1 扬程的计算69-70
• 5.1.2 轴功率的计算70
• 5.1.3 效率的计算70-71
• 5.2 氟塑料离心泵性能试验71-76
• 5.2.1 实验设备71-74
• 5.2.2 实验步骤74
• 5.2.3 实验数据处理74-76
• 5.3 数值模拟数据处理76-77
• 5.4 预测特性曲线与试验曲线的对比77-80
• 5.4.1 扬程-流量特性曲线对比77-78
• 5.4.2 功率-流量特性曲线对比78-79
• 5.4.3 效率-流量特性曲线对比79-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章 氟塑料离心泵蜗壳内壁不平整度对泵性能影响81-87
• 6.1 氟塑料离心泵磨损凹坑物理模型的建立81-82
• 6.2 研究方案82-83
• 6.3 计算结果分析83-85
• 6.3.1 外特性对比分析83-84
• 6.3.2 内部流场分析84-85
• 6.4 本章小结85-87
• 第七章 结论87-89
• 7.1 结论87-88
• 7.2 展望88-89
• 参考文献89-93
• 作者简介93
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文93-95
• 致谢95-96

【参考文献】

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本文编号：316139