射流式离心泵内部流动及空化特性研究

发布时间：2017-05-20 14:20

  本文关键词：射流式离心泵内部流动及空化特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：射流式离心泵内部流动复杂,在大流量工况下,喉管内易发生空化而导致扬程急剧下降。为了深入了解射流式离心泵内部流动及空化特性,本文选取浙江某企业JET750型射流式离心泵作为主要研究对象,基于试验及数值模拟的研究方法,分析了射流器及离心叶轮的内部流动情况,研究了射流器几何参数对射流式离心泵空化性能的影响。同时,采用LES方法进一步分析了射流式离心泵扬程折断点产生的根本原因和瞬态静压分布特点,并与k-ωSST计算结果进行对比。本文的主要研究内容如下:1)采用CFX流场分析软件对JET750型射流式离心泵进行数值模拟,并进行外特性试验。分析发现,射流器喷嘴循环流量随着射流式离心泵工作流量的增加而减小,经过喉管进入叶轮的总流量则一直增加;射流式离心泵内部的射流器性能曲线与射流泵性能曲线随流量变化趋势相同;射流式离心泵流量扬程曲线斜率的决定因素是射流器的面积比。2)基于射流式离心泵内部流场数值分析可知,射流器内部同一流场参数沿流向分布均有一定的区别,总体上,越靠近射流边界层的流场信息变化越剧烈;涡量分析发现,在高、低速流体相互作用区出现涡量最大值,此处流场信息变化剧烈;大流量工况下,同一流向流场参数分布曲线有向下游偏移的趋势;叶轮进口由于高速射流的作用,进口湍动能及湍动能耗散率较大,叶轮进口静压较高,抑制了叶轮内部空化的发生。3)通过对比试验分析发现,当喷嘴圆柱段为2mm,喉管直径扩大1.5mm时,泵的空化性能得到明显改善,扬程折断点往大流量偏移,设计点性能达到设计要求;增加射流器面积比能增大扬程折断点的流量,使扬程折断点往大流量偏移,但面积比不宜过大。4)以定常计算结果作为初始条件,采用LES和k-ωSST湍流模型研究了射流式离心泵扬程折断点时射流器内部瞬态流动特性。通过对比可知,采用LES数值模拟能更好的计算扬程折断点的瞬态静压,进而揭示了强烈卷吸涡可能是造成瞬态低压并产生空化的原因。同时分析发现,采用LES模拟,喉管内部径向静压呈非对称分布,流向静压分布剧烈变化,而k-ωSST模拟得到喉管内部径向静压呈对称分布,流向静压分布为一条光滑曲线。
【关键词】：射流式离心泵 内部流动 空化 面积比 扬程折断点 大涡模拟
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景、目的及意义11-12
• 1.2 射流式离心泵的研究进展12-14
• 1.2.1 射流式离心泵的内部流动研究进程12-13
• 1.2.2 射流式离心泵的空化研究进展13-14
• 1.3 课题提出14
• 1.4 本文主要研究内容及方法14-16
• 第二章 射流式离心泵水力设计方法16-33
• 2.1 概述16
• 2.2 射流式离心泵的实物图16
• 2.3 射流式离心泵的工作原理16-17
• 2.4 离心叶轮水力设计17-22
• 2.4.1 相似换算设计射流式离心泵的离心叶轮17-19
• 2.4.2 速度系数法设计射流式离心泵的离心叶轮19-22
• 2.5 射流器水力设计22-29
• 2.5.1 射流器的性能方程22-24
• 2.5.2 射流器内部相似律24-26
• 2.5.3 射流器的关键几何尺寸26
• 2.5.4 液液射流器的设计26-29
• 2.6 离心叶轮-射流器组合性能29-32
• 本章小结32-33
• 第三章 射流式离心泵内部流动及试验研究33-47
• 3.1 概述33
• 3.2 射流式离心泵基本参数33-37
• 3.2.1 射流式离心泵几何尺寸33-36
• 3.2.2 射流式离心泵对比组几何尺寸36-37
• 3.3 射流式离心泵三维流场计算及试验37-39
• 3.3.1 射流式离心泵的三维造型37-38
• 3.3.2 射流式离心泵的网格划分38-39
• 3.3.3 计算域的边界条件设置39
• 3.3.4 射流式离心泵试验39
• 3.4 原模型泵的内部流动39-43
• 3.4.1 原模型泵数值计算与试验性能对比39-40
• 3.4.2 原模型泵的内部流动分析40-41
• 3.4.3 原模型泵的射流器工作特性41-42
• 3.4.4 原模型泵的叶轮受力分析42-43
• 3.5 数值计算与试验对比43-45
• 3.5.1 四组模型的性能曲线对比43-44
• 3.5.2 叶轮对射流式离心泵性能的影响44-45
• 3.5.3 射流器对射流式离心泵性能的影响45
• 本章小结45-47
• 第四章 射流式离心泵的内部流场数值分析47-64
• 4.1 概述47
• 4.2 射流式离心泵内部流场47-51
• 4.2.1 射流式离心泵内部绝对压力分布47-48
• 4.2.2 射流式离心泵内部绝对速度场48-49
• 4.2.3 射流式离心泵内部流线49-50
• 4.2.4 射流式离心泵内部湍动能分布50-51
• 4.3 射流式离心泵的射流器内部流场51-58
• 4.3.1 射流器内设计工况下流向流场信息51-55
• 4.3.2 射流器内不同工况下流向流场信息55-58
• 4.4 射流式离心泵离心叶轮的内部流场58-63
• 4.4.1 射流式离心泵离心叶轮的静压分布58-59
• 4.4.2 射流式离心泵离心叶轮的湍动能与湍流粘度分布59-62
• 4.4.3 射流式离心泵离心叶轮的内部流动结构62-63
• 本章小结63-64
• 第五章 射流式离心泵空化试验及数值分析64-74
• 5.1 概述64
• 5.2 射流器几何参数对射流式离心泵空化性能影响的试验64-67
• 5.2.1 不同喷嘴切量对空化性能的影响64-65
• 5.2.2 原始喷嘴不同喉管直径对空化性能的影响65-66
• 5.2.3 喷嘴切割后不同喉管直径对空化性能的影响66-67
• 5.3 射流式离心泵空化机理的大涡模拟67-73
• 5.3.1 数值模型及三维模型67-69
• 5.3.2 试验数据、边界条件及k-ω SST计算结果69-70
• 5.3.3 射流器简化及大涡模拟边界条件设置70
• 5.3.4 LES及k-ω SST计算结果对比分析70-73
• 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 研究工作总结74-75
• 6.2 研究工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 作者发表论文及科研项目81
• 作者参加的学术会议81

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