基于DDES模型的离心泵内部非定常旋涡特性研究

发布时间：2021-11-07 05:20

　　以某单级单吸离心泵为研究对象,针对其偏工况问题,对叶轮重新进行水力设计;基于延迟分离涡（Delayed Detached Eddy Simulation,DDES）模型,研究离心泵流道内部非定常压力脉动特性、旋涡结构及其演化分布过程。首先,针对某单级单吸离心泵偏工况运行的问题,即1.2Q工况点效率最高,基于速度系数法,对叶轮重新进行了水力设计,主要包括:叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶轮出口宽度及出口安放角,借助FLUENT流场模拟软件进行定常数值模拟,预测结果:效率曲线最高点恢复到1.0Q工况,即该泵正常运行,同时泵整体效率提高了2.04%,单个叶轮效率从原模型的89.3%提高为设计后的95.33%,提高了6.03%。借助CFD-POST后处理分析软件,对比分析设计前后泵内部流动特性,结果为:对比原模型,额定工况下,设计模型流道内部动压和速度流线分布更均匀,紊乱区域大量减少,湍动能明显减小,叶片圆角附近的负压区域减少;对比叶片载荷,原模型叶片工作面静压载荷高于设计模型,设计模型叶片背面静压载荷高于原模型,设计模型叶轮流道的压力梯度小于原模型。其次,应用延迟分离涡（Delayed Det... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 离心泵内部流动研究进展
        1.2.1 离心泵非定常流动特性研究
        1.2.2 DDES湍流模型及其应用
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 课题名称及研究来源
        1.4.1 课题名称
        1.4.2 课题研究来源
第2章 离心泵的水力设计、建模及网格划分
    2.1 离心泵水力设计理论概述
    2.2 离心泵过流部件参数
        2.2.1 基本设计参数
        2.2.2 原模型叶轮主要几何参数
        2.2.3 原模型蜗壳主要几何参数
        2.2.4 原模型外特性曲线图
    2.3 叶轮水力设计
    2.4 离心泵计算域建模及网格划分
        2.4.1 计算域三维建模
        2.4.2 计算域网格划分
    2.5 本章小结
第3章 离心泵定常流动特性的数值分析
    3.1 数值模拟概述
    3.2 离心泵内部控制方程
        3.2.1 连续性方程
        3.2.2 动量方程
    3.3 ANSYSFluent数值计算概述
        3.3.1 ANSYSFluent主要特点
        3.3.2 ANSYSFluent计算设置要点
        3.3.3 SIMPLEC算法
        3.3.4 边界条件
    3.4 离心泵定常特性分析
        3.4.1 外特性分析
        3.4.2 中间截面内部流场分析
        3.4.3 子午面内部流场分析
    3.5 叶片载荷分析
        3.5.1 叶片工作面载荷分析
        3.5.2 叶片背面载荷分布
    3.6 本章小结
第4章 基于DDES的离心泵非定常流动特性分析
    4.1 常用的湍流数值模拟方法简介
        4.1.1 直接数值模拟(DNS)
        4.1.2 Reynolds平均法
        4.1.3 大涡模拟(LES)
        4.1.4 RANS/LES混合模型
    4.2 基于DDES模型的涡量分析
        4.2.1 RNGk-e和DDES两种湍流模型计算结果对比
        4.2.2 原模型与设计模型的涡量对比
        4.2.3 额定工况下涡量随时间变化规律
        4.2.4 不同工况下的涡量分布规律
        4.2.5 子午面的涡量分布规律
        4.2.6 不同平面的涡量分布规律
        4.2.7 蜗壳扩散段的涡量分布规律
    4.3 本章小结
第5章 基于DDES的离心泵内部压力脉动分析
    5.1 叶轮流道内部压力脉动特性
        5.1.1 两模型叶轮流道内的压力脉动特性对比
        5.1.2 叶轮内部沿流线不同位置的压力脉动特性
    5.2 蜗壳内部压力脉动特性
        5.2.1 沿径向压力脉动变化规律
        5.2.2 沿轴向压力脉动变化规律
        5.2.3 隔舌附近的压力脉动特性
    5.3 本章小结
总结与展望
    主要研究内容
    展望
参考文献
致谢
附录A攻读学位期间公开发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DDES的跨声速导叶中激波与边界层干涉机理研究[J]. 卞修涛,林敦,苏欣荣,袁新.  推进技术. 2017(10)
[2]跨音透平中激波与边界层、尾迹干涉机理研究[J]. 卞修涛,林敦,苏欣荣,袁新.  工程热物理学报. 2017(05)
[3]SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用[J]. 胡偶,赵宁,沈志伟.  南京航空航天大学学报. 2017(02)
[4]基于DDES方法的叶栅分离旋涡的非定常流动数值研究[J]. 刘若阳,侯安平,单树军,倪奇峰.  推进技术. 2017(01)
[5]DDES延迟函数在超声速底部流动中的性能分析[J]. 杜若凡,阎超,韩政,向星皓,屈峰.  北京航空航天大学学报. 2017(08)
[6]高压透平导叶的DDES模拟[J]. 林敦,苏欣荣,袁新.  工程热物理学报. 2016(10)
[7]三角翼大迎角风洞试验支架干扰数值模拟研究[J]. 张军,艾宇,黄达,刘晶.  航空学报. 2016(08)
[8]弹丸旋转空气动力效应非定常数值模拟[J]. 刘周,谢立军,杨云军,周伟江.  航空学报. 2016(05)
[9]基于DDES算法的有扰流片腔体气动噪声分析[J]. 刘瑜,童明波,Zhiwei Hu.  空气动力学学报. 2015(05)
[10]基于DDES的有/无舱门腔体气动噪声仿真分析[J]. 刘瑜,童明波.  航空计算技术. 2015(03)

硕士论文
[1]压力梯度对离心泵叶轮性能影响的研究[D]. 李秋桐.兰州理工大学 2016



本文编号：3481240