螺旋斜流泵动静叶栅内部流动特性分析与静叶改型研究

发布时间：2017-07-01 05:19

  本文关键词：螺旋斜流泵动静叶栅内部流动特性分析与静叶改型研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文依据动量定理和叶片泵设计原理为某型泵喷水推进器设计了一种内置推进泵,为了使该泵具有较好的喷水推进性能,该泵在设计时采用了具有螺旋推进作用的螺旋斜流式叶轮以及具有扩压和轴向引流作用的空间导叶作为主要过流部件,因此该泵兼具螺旋泵和斜流泵的水力性能优点和结构特点,故而拟称该泵为螺旋斜流泵。螺旋斜流泵主要由螺旋斜流式叶轮和新型空间导叶构成,其叶轮和空间导叶间的匹配效率对整台泵的性能有至关重要的影响。本文运用CFD技术对螺旋斜流泵内部流场进行了数值模拟,获得了其外特性和内部流动特性,然后基于该泵初始设计和动静叶栅内部流场结构,对静叶栅作了改型研究,一定程度上改善了初始螺旋斜流泵整机性能。本文具体工作及结论如下:首先概括了与该课题相关的几种泵型的设计理论及其内部流动特性的国内外研究现状,说明了开展螺旋斜流泵内部流场与静叶栅改型研究的背景及意义;然后依据用户给定的泵喷水推进器性能参数以及环境条件设计出了一种推进器内置泵—螺旋斜流泵;其次根据螺旋斜流泵结构参数利用三维建模软件Pro/E建立其全流道计算域模型,采用网格划分软件ICEM完成全流道计算域网格划分,最后借助流场分析软件Fluent 15.0对变流量工况下模型泵的内流场作了定常数值计算,对设计工况下模型泵的内流场作了非定常数值计算,并着重分析了螺旋斜流泵外特性和内部流动特性。研究表明:文中螺旋斜流泵结构设计合理,水力性能较好,但是由于空间导叶设计欠佳,其内部流动紊乱,导致整机效率偏低;该泵模拟效率值约为75%,未达到设计效率值80%,需要对空间导叶作改型研究。因此,基于以上模型泵的外特性和动静叶栅内部流动规律,对空间导叶作了改型设计,模拟计算并对比分析了3组导叶叶片型线下和导叶叶片数分别为3、5、7、9时模型泵静叶栅内部流动规律与流动损失的关系,寻找出了设计流量下与动叶栅匹配较好的静叶栅的型线以及静叶栅合理的叶片数,实现了动静叶栅的更优匹配,改善了原有螺旋斜流泵的内部流动状态和外部输出性能。本文的研究将为螺旋斜流泵的设计以及空间导叶的优化提供一定的参考。
【关键词】：螺旋斜流泵 动静叶栅 内流特性 改型研究 数值模拟
【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】：TH38
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题名称及来源10
• 1.2 课题研究背景及意义10-11
• 1.3 螺旋斜流泵相关泵型的国内外研究现状11-18
• 1.3.1 螺旋离心泵内部流动研究及应用现状11-14
• 1.3.2 螺旋轴流泵的理论研究及应用现状14-16
• 1.3.3 斜流泵的应用及研究现状16-18
• 1.3.4 螺旋斜流泵简介18
• 1.4 本文的主要研究内容18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 湍流基本理论及数值研究方法简介20-24
• 2.1 湍流基本理论20
• 2.2 粘性流体动力学基本方程组20-22
• 2.2.1 基本方程组20-21
• 2.2.2 基本方程组的求解思路21-22
• 2.3 数值计算方法22-23
• 2.3.1 数值求解的发展过程22-23
• 2.3.2 湍流模型23
• 2.3.3 模拟条件设置23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 螺旋斜流泵设计及其数值模型建立与网格划分24-39
• 3.1 泵的基本设计理论及方法24-25
• 3.2 螺旋斜流泵基本设计参数的确定25-26
• 3.3 螺旋斜流泵的水力设计26-33
• 3.3.1 螺旋斜流泵效率的估算26-27
• 3.3.2 螺旋斜流泵用电机的选择和最小轴径的确定27
• 3.3.3 螺旋斜流泵进出口直径的确定27-28
• 3.3.4 螺旋斜流泵叶轮的水力设计28-30
• 3.3.5 螺旋斜流泵空间导叶的水力设计30-33
• 3.4 螺旋斜流泵计算域模型的建立33-34
• 3.5 模型泵计算域网格划分34-38
• 3.5.1 网格划分技术及网格质量对计算解的影响34
• 3.5.2 主要过流部件网格划分34-36
• 3.5.3 全流道网格组装及网格无关性检查36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 螺旋斜流泵性能和内流特性数值分析39-53
• 4.1 数值模拟方法及边界条件的确定39-41
• 4.1.1 螺旋斜流泵稳态数值计算方法40
• 4.1.2 稳态模拟边界条件的设定40-41
• 4.1.3 计算残差设置和收敛性判定41
• 4.2 螺旋斜流泵定常模拟外特性41-44
• 4.2.1 螺旋斜流泵变流量工况定常数值计算41
• 4.2.2 螺旋斜流泵定常数值模拟外特性41-44
• 4.3 螺旋斜流泵定常模拟内部流动特性44-48
• 4.3.1 螺旋斜泵全流道内部流动特性44-46
• 4.3.2 模型泵全流道流线分布规律46-48
• 4.4 设计工况下螺旋斜流泵内部非定常流动特性48-52
• 4.4.1 设计工况下螺旋斜流泵非定常外特性49-50
• 4.4.2 设计工况下螺旋斜流泵压力脉动特性50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 螺旋斜流泵静叶栅改型研究53-63
• 5.1 空间导叶改型设计方案53
• 5.2 基于内部流场分析的空间导叶叶片型线改型研究53-57
• 5.2.1 空间导叶叶片型线改型前内部流线分布54-55
• 5.2.2 空间导叶叶片型线改型55-56
• 5.2.3 空间导叶叶片型线改型后模型泵性能分析56-57
• 5.3 空间导叶叶片数对导叶内部流动的影响57-62
• 5.3.1 不同空间导叶叶片数时模型泵全流道三维模型58
• 5.3.2 不同空间导叶叶片数时模型泵动静叶栅内部流场分析58-62
• 5.3.3 不同空间导叶叶片数时模型泵性能分析62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论与展望63-66
• 1.工作总结和结论63-65
• 2.存在的不足和展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读硕士学位期间取得的科研成果71

【参考文献】

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本文编号：504725