高比转速自吸离心泵数值模拟与优化设计

发布时间：2017-07-03 05:15

  本文关键词：高比转速自吸离心泵数值模拟与优化设计

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【摘要】：本课题属于国家高技术研究发展计划(863计划)“精确喷灌技术与产品”,所属项目为农业高效用水精量控制技术与产品(课题编号:2011AA100506)的研究内容之一。高比转速自吸离心泵采用柴油机驱动,空气压缩机与泵轴联动的工作方式,泵机组启动前不需向泵体内灌水,泵可快速正常运转的结构形式,保证了高比转速自吸离心泵高效、快速的自吸性能。泵机组用于干旱输水、河流排污、山洪排涝和市政建设等场所。本课题主要的研究工作和创新点如下:(1)泵的水力设计。对该高比转速自吸离心泵的叶轮和压水室进行水力设计,详细阐述各个过流部件的设计过程和设计结果,并绘制水力图。(2)泵机组的自吸结构设计。设计一种自吸排气结构,以保证泵能够高效地完成自吸。该结构主要的机理是通过压缩机压缩空气使得泵腔内形成负压,气液分离室止回阀开启,压缩空气与泵腔内气体不断混合,并由喷嘴排出,直至进口管路气体被抽干,泵开始正常工作。(3)泵内部流场的数值模拟。运用CFD软件对泵进行全流场的数值模拟,分析高比转速自吸离心泵在0.4Q、0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q工况点下运行时内部流态分布。计算各个工况点的扬程、效率及轴功率,预测高比转速自吸离心泵水力性能,在额定设计工况点扬程的模拟计算值为H=45.98m,效率的模拟值为η=73.15%,满足设计要求;模拟研究叶片厚度对泵性能的影响,叶片厚度最厚处置于叶片出口2/3处时,泵的性能最优。(4)泵空化现象的研究与性能预测。以高比转速自吸离心泵液相数值计算结果为初值,载入空化模型,模拟该泵的空化现象,分析高比转速自吸离心泵在不同工况下出现空化现象时的内部流态,预测其空化性能。泵的装置空化余量NPSHa越低,泵腔内空泡生成率越高,空泡在叶片背面进口边开始生成,并且不断向泵的出口边延伸,泵的空化性能随流量的增大而变差,泵在设计工况下预测得到的必需空化余量NPSHr=5.08m。(5)泵的试验研究。对高比转速自吸离心泵进行外特性试验研究,在设计工况点,流量Q=502.44m3/h、扬程H=45.22m,效率η=72.79%,试验结果与数值模拟结果的误差很小,数值模拟能够较为准确地反应泵的内部流动。
【关键词】：自吸离心泵 水力设计 自吸结构 数值模拟 空化特性 试验研究
【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12-16
• 1.1 研究目的及意义12
• 1.2 自吸离心泵的研究现状及发展趋势12-15
• 1.2.1 自吸离心泵的研究现状13-14
• 1.2.2 自吸离心泵的发展趋势14-15
• 1.3 本课题主要研究内容15-16
• 第二章 高比转速自吸离心泵的水力设计16-26
• 2.1 叶轮16
• 2.2 泵的设计参数16
• 2.3 叶轮的水力设计16-18
• 2.4 叶轮的绘型18-20
• 2.5 压水室20-21
• 2.6 压水室的水力设计21-22
• 2.7 压水室的绘型22-24
• 2.8 本章小结24-26
• 第三章 高比转速自吸离心泵自吸结构的设计26-35
• 3.1 自吸结构26
• 3.2 自吸结构的基本原理26-27
• 3.3 气液分离装置27-30
• 3.3.1 射流喷嘴的设计27-28
• 3.3.2 止回阀的设计28-29
• 3.3.3 出口逆止阀的设计29-30
• 3.4 新型轴联传动离合装置30-32
• 3.4.1 离合装置的工作方式30-32
• 3.5 空气压缩机的选型32-34
• 3.5.1 确定级数与压力比32-33
• 3.5.2 确定排气系数33
• 3.5.3 确定气缸行程容积33
• 3.5.4 确定活塞行程33
• 3.5.5 确定气缸直径33-34
• 3.5.6 空压机的几何参数34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 高比转速自吸离心泵内部流场数值模拟35-47
• 4.1 概述35
• 4.2 数值模拟理论与方法35-36
• 4.2.1 控制方程35-36
• 4.2.2 计算设置36
• 4.3 计算域造型与网格划分36-37
• 4.3.1 计算域建模36
• 4.3.2 网格划分36-37
• 4.4 内流场数值模拟结果分析37-39
• 4.4.1 不同流量下压力分析38
• 4.4.2 不同流量下速度矢量分析38-39
• 4.5 外特性性能预测39-41
• 4.6 叶片加厚方式对泵性能的影响预测41-45
• 4.6.1 计算方案的选择41-42
• 4.6.2 外特性分析42-44
• 4.6.3 内流场分析44-45
• 4.7 本章小结45-47
• 第五章 高比转速自吸离心泵空化特性的研究47-60
• 5.1 概述47
• 5.2 空化模型47-49
• 5.3 计算设置49
• 5.4 不同流量工况叶轮内部压力分布49-52
• 5.5 不同流量工况叶轮内部空泡分布52-58
• 5.6 本章小结58-60
• 第六章 高比转速自吸离心泵的试验研究60-63
• 6.1 概述60
• 6.2 高比转速自吸离心泵外特性试验60-62
• 6.2.1 试验条件60-61
• 6.2.2 试验结果61-62
• 6.2.3 数值模拟与试验结果对比62
• 6.3 本章小结62-63
• 第七章 总结和展望63-65
• 7.1 总结63-64
• 7.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的相关论文70
• 一、成果70
• 二、参与课题70

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