半开式叶轮高速离心泵内部流动规律的研究

发布时间：2017-04-20 03:10

  本文关键词：半开式叶轮高速离心泵内部流动规律的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在石油化工、航空航天等领域,半开式离心泵由于结构简单、加工方便、无堵塞性好等优点而被广泛应用。为避免叶轮在运转过程中与泵壳发生碰撞或摩擦,需要在叶轮前端轴向位置设置一定的轴向间隙。国内外针对半开式叶轮轴向间隙对泵性能的影响已有一些研究成果,但关于半开式离心泵叶轮轴向间隙如何取值,最佳轴向间隙如何确定以及轴向间隙内流体的流动规律等问题的研究还鲜见报道。因此本文以国内某厂提供的一台单级单吸航空燃油离心泵为研究对象,采用数值模拟的方法研究了半开式离心泵轴向间隙对泵内部流动的影响。本文的主要工作和研究结果如下:1.对半开式叶轮轴向间隙取值,依据公式??1/5=0.37 Rex?x???可计算得到叶轮出口处边界层厚度为0.3mm,随后在边界层厚度周围取得轴向间隙值分别为0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm进行研究,通过对五种不同间隙值的半开式离心泵进行数值模拟发现:轴向间隙为0.3mm时,此台泵在设计工况附近效率最高。间隙为0.25mm时,泵的扬程较高,但效率略低于0.3mm间隙时,当间隙值大于0.3mm时,随着间隙的增大,泵的扬程和效率均降低。为了验证数值模拟的准确性,将原厂出厂试验(该厂产品轴向间隙值为0.35mm)的外特性与间隙值为0.35mm的半开式叶轮离心泵的数值模拟结果做对比,发现扬程误差不超过3%,效率误差不超过4.3%,说明本文采用的数值模拟方法是可行的。2.为了研究半开式叶轮轴向间隙的泄漏量,对0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm五种不同轴向间隙的流场进行分析发现:间隙内的流体既有圆周速度,也有径向速度。其圆周速度在0.8-0.95倍的叶轮圆周速度之间变化,间隙值越小,圆周速度越大,随着间隙值的增大,流体的圆周速度逐渐减小。其径向速度为负值,表明间隙层内的流体流动方向与叶轮内流体的流动方向相反,即存在间隙泄漏。通过对径向速度做平均值,乘以间隙进口面积,求出不同间隙的泄漏量,通过分析发现:随着轴向间隙值增大,间隙泄漏量逐渐增大。3.通过对不同轴向间隙半开式叶轮内的流场分析发现:在相同轴向间隙下,相同半径处,叶轮叶片靠近间隙一侧的压力低于靠近后盖板侧的压力;在轴向间隙为0.25mm时,半开式叶轮叶片背面靠近入口位置存在低压区,随着轴向间隙值的增大,该位置的低压区域逐渐减少,由此可见轴向间隙的增大在一定程度上能够改善半开式叶轮的空化性能。4.为了研究半开式叶轮和闭式叶轮在同样的叶轮参数下性能的差异,对本文所研究的半开式叶轮加了2mm厚的前盖板,对这样形成的闭式离心泵进行数值模拟。通过对闭式叶轮和0.3mm轴向间隙的半开式叶轮数值模拟结果的分析发现:相同流量下,闭式叶轮扬程普遍比半开式叶轮要高1.5m-2m,在设计工况下高出1.7m,设计工况下半开式叶轮和闭式叶轮的扬程比为0.876,在总流量范围内是扬程比在0.82-0.88之间变化。该结论是否具有普遍意义还有待研究。5.利用非定常数值模拟方法研究了叶片前缘压力脉动特性,通过对叶片顶端压力脉动的分析可以看出:在一个叶轮转动周期内,压力脉动次数与叶片数相等,压力脉动的主频为叶片通过频率;随着轴向间隙的增大,叶片前缘压力脉动幅值逐渐减小,说明轴向间隙值的增大改善了半开式离心泵内部流动的稳定性。
【关键词】：离心泵 半开式 高速 内部流动 数值分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 轴流式叶轮机械间隙研究现状12-13
• 1.2.2 离心式叶轮机械间隙研究现状13-14
• 1.2.3 轴向间隙取值的研究14-15
• 1.2.4 间隙压力脉动的研究现状15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 计算流体动力学流动理论17-26
• 2.1 流体力学的研究方法概述17
• 2.2 CFD数值计算步骤17
• 2.3 流动控制方程17-20
• 2.4 计算域与控制方程的离散20-21
• 2.5 湍流模型理论21-24
• 2.5.1 标准k-ε 湍流模型22
• 2.5.2 RNG k-ε 湍流模型22-23
• 2.5.3 Realizable k-ε 湍流模型23-24
• 2.6 本章小结24-26
• 第3章半开式离心泵的数值模拟26-37
• 3.1 泵的性能参数26-27
• 3.2 研究方案的确定27
• 3.3 半开式离心泵三维实体模型建立27-29
• 3.3.1 叶轮水体建模28-29
• 3.4 网格划分概述29-33
• 3.4.1 网格类型介绍29-30
• 3.4.2 模型的网格划分30-31
• 3.4.3 进出口延伸网格划分31
• 3.4.4 叶轮网格划分31-32
• 3.4.5 蜗壳网格划分32
• 3.4.6 网格组装及检查32-33
• 3.4.7 网格无关性检验33
• 3.5 Fluent数值模拟33-36
• 3.5.1 启动fluent求解器34
• 3.5.2 读入计算网格34
• 3.5.3 统一计算单位34-35
• 3.5.4 计算模型的设置35
• 3.5.5 设置边界条件35
• 3.5.6 模型的求解与初始化35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 离心泵的数值模拟结果及性能分析37-47
• 4.1 设计工况下半开式离心泵内部流动分析37-41
• 4.1.1 叶片表面压力分布37-38
• 4.1.2 叶轮中间截面速度分布38-39
• 4.1.3 间隙层中间截面压力云图39
• 4.1.4 叶轮流道内速度流线39
• 4.1.5 设计工况下不同轴向间隙的速度分布39-40
• 4.1.6 设计工况下间隙泄漏流量随间隙的变化40-41
• 4.2 外特性分析41-44
• 4.3 设计工况下泵性能随轴向间隙值的变化规律44
• 4.4 几何参数相同的半开式叶轮和闭式叶轮扬程比较44-46
• 4.4.1 计算模型44-45
• 4.4.2 扬程分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 非设计工况下半开式叶轮内部流动分析47-55
• 5.1 轴向间隙对半开式叶轮离心泵性能的影响47-48
• 5.2 小流量工况性能分析48-49
• 5.3 大流量工况性能分析49-50
• 5.4 轴向间隙对半开式叶轮离心泵内压力脉动的影响50-54
• 5.4.1 参数设置50
• 5.4.2 边界条件的设置50
• 5.4.3 非定常压力脉动特性分析50-51
• 5.4.4 小流量工况下压力脉动特性的计算结果与分析51-53
• 5.4.5 大流量工况下叶片顶端压力脉动特性分析53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 1. 结论55-56
• 2. 不足与展望56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈茂庆;陈超;;半开式叶轮离心泵的设计与试验研究[J];排灌机械;1992年04期

2 梁桂全;;前半开式叶轮五轴加工[J];金属加工(冷加工);2014年03期

3 吴海燕;张朝磊;黄淑娟;;半开式叶轮线性减小叶顶间隙气动性能分析[J];风机技术;2008年04期

4 邬向东;;单相潜水电泵半开式叶轮设计探讨[J];排灌机械;1988年03期

5 仪群;;半开式叶轮自吸泵设计方法研究[J];排灌机械;1993年01期

6 海洋;;叶顶间隙对半开式叶轮流动的影响[J];硅谷;2013年21期

7 许元兰;半开式叶轮的设计[J];农机化研究;2004年05期

8 陈松松;阮越广;阮晓东;邹俊;付新;;半开式叶轮离心泵的效率优化与分析[J];机电工程;2011年07期

9 黄俊;;浅谈冲压焊接半开式叶轮离心泵的改进技术[J];广东科技;2013年14期

10 杨晓民;陈涛;郭佳;李天宝;;半开式铣制叶轮的检测方法[J];风机技术;2014年S1期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 庞宝东;王学标;;半开式叶轮磁化及退磁装置[A];第九届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张利红;半开式叶轮高速离心泵内部流动规律的研究[D];兰州理工大学;2016年

2 史佩琦;不同叶型的半开式叶轮离心泵的数值模拟与试验研究[D];浙江理工大学;2012年

  本文关键词：半开式叶轮高速离心泵内部流动规律的研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：317760