开缝叶片对低比转速离心泵性能影响的研究

发布时间：2017-06-02 09:37

  本文关键词：开缝叶片对低比转速离心泵性能影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高效率与较小空化余量的离心泵始终是科研工作者和设计工程师追求的目标,而低比转速离心泵由于叶轮直径大、出口宽度小、流道扩散严重等原因,导致其性能较差,且易发生空化现象。叶轮流道中的流动是极其复杂与不稳定的,在扩散流道的下游区域一般会出现流动分离以及随之产生的不稳定旋涡,甚至堵塞部分流道,导致泵的下降,水力效率降低。因此,在离心泵的水力设计过程中,应该确保在设计工况范围内不产生流动分离的现象。本文以M33-12.5型低比转速离心泵为研究对象,利用开缝叶片流动控制技术对叶片进行开缝,采用正交试验设计、均匀试验设计方法与数值模拟相结合研究手段来分析开缝叶片对低比转速离心泵性能的影响。全文的主要工作如下:1.利用CFD数值模拟与试验设计方法对叶片开缝参数的选择进行研究与分析。从正交试验的结果得出缝隙各因素对低比转速离心泵性能影响的主次顺序。叶片开缝对扬程的影响由大到小为:开缝直径D缝隙的偏转角β缝隙中心宽度b缝隙深度h缝隙的收缩比f;对效率的影响由大到小为:缝隙的偏转角β开缝直径D缝隙深度h缝隙的收缩比f缝隙中心宽度b;对空化余量的影响由大到小为:缝隙深度h开缝直径D缝隙的收缩比f缝隙中心宽度b缝隙的偏转角β。综合考虑,开缝直径、缝隙的偏转角和缝隙深度对离心泵性能影响最大。根据试验结果,对原模型进行开缝优化设计,得到较好的结果。2.基于原模型与4种开缝叶轮的流场分析结果,探索开缝叶片改善叶轮内部流动与空化性能的机理,分析了叶片缝隙的射流、卷吸作用及流动分离现象对叶轮流道内压力、流场和空泡的影响。结果发现,当缝隙位于叶片出口位置,扬程会有较大的下降,但是当偏转角为负时,会减弱叶轮出口的射流-尾迹现象,提高离心泵的效率;当缝隙靠近叶片进口处,对离心泵的性能基本无改善作用,甚至会降低泵的性能。因为叶片进口背面的压力尚未提升,且由于颈缩效应与卷吸效应的影响,又在缝隙叶片背面后端形成新的湍流漩涡与空泡区域。3.通过对M33-12.5型低比转速离心泵与另一款低比转速恒扬程泵的叶片开缝并进行数值分析发现,合理的叶片开缝有利于离心泵性能的提升,验证了本文开缝方法的可靠性,为低比转速离心泵的开缝设计提供了一定的参考价值。本文推荐的开缝参数选取范围为:开缝直径D=0.5~0.7D2,缝隙的偏转角β=45°~70°,缝隙深度h=1.0,缝隙中心宽度b=1~3mm,缝隙的收缩比f=1.2~1.5。
【关键词】：低比转速离心泵 开缝叶片 数值计算 试验设计 空化性能
【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5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题的背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国内的研究现状13-15
• 1.2.2 国外的研究现状15-16
• 1.3 本文的研究内容及方法16-17
• 第二章 边界层理论及流动分离17-26
• 2.1 边界层理论17-21
• 2.1.1 边界层概念17-19
• 2.1.2 边界层的控制方程19-21
• 2.2 边界层分离理论21-24
• 2.2.1 分离发生的机理21-22
• 2.2.2 离心泵中的流动分离22-23
• 2.2.3 流动分离的判定方法23-24
• 2.2.4 流动分离控制24
• 本章小结24-26
• 第三章 数值计算方法26-30
• 3.1 网格划分26-27
• 3.2 湍流模型27-28
• 3.3 空化模型28-29
• 3.4 其他的相关设置29
• 本章小结29-30
• 第四章 基于试验设计方法的优化设计30-53
• 4.1 原模型的数值模拟与分析30-34
• 4.1.1 原模型的外特性预测31-32
• 4.1.2 原模型的流场分析32-33
• 4.1.3 原模型的空化性能预测33-34
• 4.2 开缝叶片的正交试验设计及优化34-47
• 4.2.1 开缝叶片参数的选择34
• 4.2.2 正交试验设计简介34
• 4.2.3 正交试验表的设计34-37
• 4.2.4 试验结果汇总37-38
• 4.2.5 试验结果的直接分析38-39
• 4.2.6 试验结果的极差分析39-44
• 4.2.7 优化设计的计算分析44-47
• 4.3 均匀试验设计及优化47-51
• 4.3.1 均匀设计表的设计47-49
• 4.3.2 均匀设计的结果及分析49-50
• 4.3.3 均匀设计的回归求优50-51
• 本章小结51-53
• 第五章 开缝叶轮的流场分析53-76
• 5.1 叶轮流场的定常计算结果分析53-63
• 5.1.1 叶轮的扬程与水力效率53-54
• 5.1.2 叶轮流场的分析54-63
• 5.1.3 开缝式叶轮性能提升机理的讨论63
• 5.2 叶轮流场的非定常计算结果分析63-71
• 5.2.1 性能对比64
• 5.2.2 流场分析64-69
• 5.2.3 开缝叶片抗空化的机理探讨69-71
• 5.3 开缝叶片的应用及验证71-74
• 5.3.1 计算模型71
• 5.3.2 叶片开缝71-72
• 5.3.3 结果分析72-74
• 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 本文的工作总结76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文84

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