微型旋涡泵性能及压力脉动特性研究

发布时间：2017-04-28 15:09

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【摘要】：旋涡泵因其在小流量、高扬程流体输送场合的性能优势而在汽车、航空航天、化工和医药等领域有着广泛应用。由于旋涡泵内流体在叶片内的循环流动,使其具有压力系数高的特点,而旋涡运动造成的能量损失又使其效率较低。同时,旋涡泵也和其他流体机械类似地存在叶轮与静止部件的动静干涉问题,从而产生流体的压力脉动,导致装置振动。对于汽车和航空航天等应用领域,振动问题和低效率是旋涡泵设计应用过程亟需解决的关键问题。本文以一种用于汽车发动机燃油系统的微型旋涡泵为对象,研究其水力性能和压力脉动特性,以期为发动机燃油泵的性能提升和减振提供支撑。本文首先对轴向入口型式的微型旋涡泵内流模拟模型和非定常模拟模型进行研究和试验验证,数值模拟与试验结果取得了较好的一致性,并对数值模拟结果与试验的差异进行了分析。根据数值模拟结果,介质粘度增大导致水力效率显著降低,同样,悬浮式微型叶轮因轴向受力不平衡导致的轴向位置不居中也明显增大了圆盘摩擦损失和泄漏损失。而泵内压力脉动幅值几乎不受燃油介质的影响。叶轮轴向悬浮位置不居中会导致压力脉动幅值改变,并且出口侧的动静干涉作用强于入口侧,因此叶轮悬浮位置远离出口侧有助于降低脉动幅值。根据内流场分析结果,发现轴向入口的微型旋涡泵内同时存在纵向旋涡、径向旋涡和轴向旋涡。其中,由于纵向旋涡促使了泵体流道内流体与叶轮流道内流体的动量交换是流体增压的主要原因。发现流道圆周位置的压力脉动幅值较小,而在阻隔面附近的压力脉动峰值突增,表明动静干涉是产生叶片压力脉动峰值的主要原因。分析了泵体流道不同截面大小对泵性能的影响,发现增大排出侧的泵体流道截面积,旋涡泵的性能曲线向大流量方向偏移,水力效率提升。提出了一种非等截面泵体流道结构,分析结果发现当等效流道截面积相等时,渐变的泵体流道可减小叶轮的扭矩,提高效率。采用随机分布法则划分非等距叶片以改善压力脉动,数值模拟分析结果表明本文采用的非等距叶片结构对性能曲线影响较小,泵的效率略有发生改变。而非等距分布的叶轮使叶频的峰值明显降低,但在叶频两侧产生明显的附加的频率成分。对60组随机分布的叶轮的性能和峰值进行统计分析,得到适用于多叶片非等距叶轮设计的参考依据。上述论文结果可为用于发动机燃油系统的微型旋涡泵优化设计,以及其他多叶片流体机械的减振提供参考。属性不符
【关键词】：旋涡泵 数值模拟 燃油泵 压力脉动 非等距分布
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH38
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 旋涡泵介绍11-14
• 1.2.1 旋涡泵工作原理及应用11-12
• 1.2.2 旋涡泵分类及特点12-14
• 1.3 旋涡泵研究现状14-16
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 压力脉动研究现状16-17
• 1.5 本文研究内容17-19
• 2 旋涡泵定常性能预测方法研究19-30
• 2.1 概述19
• 2.2 定常数值计算方法19-26
• 2.2.1 湍流模型介绍19-20
• 2.2.2 研究对象介绍20-21
• 2.2.3 定常模拟方法及网格无关性21-23
• 2.2.4 叶轮轴向位置对泵性能的影响23-26
• 2.3 性能试验验证26-30
• 2.3.1 试验过程及试验装置介绍26-27
• 2.3.2 计算介质对泵性能曲线的影响27-28
• 2.3.3 试验结果与模拟结果对比28-30
• 3 旋涡泵压力脉动预测方法研究30-41
• 3.1 概述30
• 3.2 压力脉动数值计算研究30-38
• 3.2.1 时间步长无关性30-32
• 3.2.2 叶轮轴向位置对泵压力脉动的影响32-37
• 3.2.3 计算介质对泵压力脉动的影响37-38
• 3.3 压力脉动预测方法试验验证38-41
• 4 均布叶片旋涡泵性能研究与压力脉动特性分析41-50
• 4.1 概述41
• 4.2 旋涡泵定常特性41-46
• 4.3 旋涡泵压力脉动分析46-50
• 5 泵体流道结构对泵性能影响研究50-60
• 5.1 概述50
• 5.2 流道截面对泵外特性的影响50-53
• 5.3 非等截面流道对泵外特性的影响53-57
• 5.4 出口壁面对泵压力脉动性能的影响57-60
• 6 随机分布下的非等距叶片对压力脉动影响研究60-74
• 6.1 概述60
• 6.2 三种叶片分布下数值计算结果分析和对比60-64
• 6.3 理论预测方法的应用及与数值计算结果的对比64-68
• 6.4 基于理论预测方法的随机叶片分布下的统计结果分析68-72
• 6.5 随机分布叶片减振效果的试验测试72-74
• 7 总结与展望74-77
• 7.1 总结74-75
• 7.2 主要创新点75
• 7.3 展望75-77
• 参考文献77-81
• 作者简介81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 赵万勇;马鹏飞;张凡;白双宝;;基于正交法的旋涡泵结构优化[J];甘肃科学学报;2011年03期

2 张刚;;浮动式叶轮结构旋涡泵不稳定运行的问题解决[J];化工设备与管道;2008年06期

3 李f3;盛英英;;气液混输漩涡泵内部气相分布与性能预测研究[J];机电工程;2009年07期

4 张建林;单轮双级旋涡泵的开发研究[J];水轮泵;1995年01期

5 王洋;傅剑辉;蒋其松;;闭式叶轮叶片位置对旋涡泵性能的影响[J];农机化研究;2010年09期

6 袁寿其;薛菲;袁建平;汤跃;;离心泵压力脉动对流动噪声影响的试验研究[J];排灌机械;2009年05期

7 丛小青;张晓炜;陈向阳;王冠军;袁丹青;;半开式旋涡泵空化分析及试验[J];排灌机械工程学报;2010年01期

8 朱祖超,王乐勤,黄敦回;轴向入口旋涡泵的研制[J];水泵技术;1995年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐朝晖;高速离心泵内全流道三维流动及其流体诱发压力脉动研究[D];清华大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 季柳金;离心式低浓纸浆泵压力脉动的研究及数值模拟[D];江苏大学;2006年

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本文编号：333045