ZA80-50-160离心泵性能预测及其优化设计的研究

发布时间：2017-11-02 14:13

  本文关键词：ZA80-50-160离心泵性能预测及其优化设计的研究

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【摘要】：离心泵作为流体机械,在国民经济的各个部门得到了广泛应用。近几年,随着计算机技术迅速发展,CAD技术在离心泵设计方面得到了广泛应用,CFD数值模拟技术能够很好地模拟离心泵内部流动并预测离心泵的性能。为了在产品研发上尽量减少研发成本,缩短产品的研发周期,就需要将CAD技术、CFD数值模拟技术和优化设计方法有机结合起来,快速得到离心泵的三维模型,预测离心泵性能并对其进行优化设计。 本文的主要工作和成果如下： (1)综述了国内外离心泵性能预测方法现状、CFD数值模拟技术和离心泵优化设计方法发展现状。 (2)利用Pro/E准确构建了离心泵水力模型,并利用Gambit划分该模型的网格,在软件Fluent中进行了定常数值模拟。 (3)在比较分析现今应用较为普遍的几种离心泵圆盘摩擦损失和容积损失计算方法的基础上,选择了一种方法对数值模拟结果进行后处理,并得到了离心泵在七个典型工况下的性能参数。与泵的试验数据对比分析,结果发现：定常数值模拟在设计工况下预测精度较高,扬程误差为1.58%,轴功率误差为3.17%,效率误差为1.63%。 (4)深入分析了叶轮、涡壳的静压、动压、总压、湍动能和速度矢量云图。 (5)在分析泵性能的基础上,提出了两个优化方案,以提高效率为目标对泵进行了优化。在第一种优化方案中,建立了叶轮外径D2与叶片出口安放角β2、叶片数Z、叶轮出口宽度b2的优化函数,得出了优化后叶轮的尺寸参数。在第二种优化设计方案中,应用泵专业设计软件CFturbo,重新设计了泵的叶片,得出优化后的离心泵叶轮模型。根据两个方案优化后的结果,重新进行了离心泵定常多相位数值模拟,将所得的模拟数据与优化前的模拟数据进行对比。结果表明：方案一中,优化后扬程下降了0.59m,轴功率下降了0.15kW,效率提高了0.38%；方案二中,优化后扬程下降了1.05m,轴功率下降了0.37kW,效率提高了1.89%。
【关键词】：离心泵 数值模拟 优化设计 优化函数
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 选题的背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 离心泵性能预测的基本理论和方法12-13
• 1.2.2 计算流体动力学的发展现状13
• 1.2.3 离心泵数值模拟国内外研究现状13-14
• 1.2.4 离心泵优化设计技术国内外发展现状14-16
• 1.3 目前存在和待解决的问题16-17
• 1.3.1 水力模型的建立16-17
• 1.3.2 湍流模型的选择17
• 1.3.3 数值模拟结果的修正17
• 1.3.4 离心泵优化设计方法的选择17
• 1.4 课题项目背景17-18
• 1.5 本文研究内容18-19
• 第2章 离心泵水力模型的建立和模拟前处理19-29
• 2.1 叶轮的实体建模19-21
• 2.2 涡壳的实体建模21
• 2.3 水力模型的网格划分21-25
• 2.3.1 网格生成技术22
• 2.3.2 非结构化网格和结构化网格22
• 2.3.3 分块网格22-23
• 2.3.4 叶轮的网格划分23
• 2.3.5 涡壳的网格划分23-24
• 2.3.6 网格数量的选择24-25
• 2.4 离心泵模型边界设置25
• 2.5 FLUENT中的边界条件设置25-28
• 2.5.1 动静区域的耦合模型25
• 2.5.2 湍流模型的选取25-27
• 2.5.3 数值模拟的收敛判定27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 离心泵性能预测29-45
• 3.1 数值模拟结果计算29-34
• 3.1.1 机械损失29-31
• 3.1.2 容积损失及容积效率31-33
• 3.1.3 离心泵性能预测的计算33-34
• 3.2 离心泵试验性能检测34-39
• 3.2.1 试验装置34-35
• 3.2.2 压力的测量35
• 3.2.3 扭矩和转速的测量35-36
• 3.2.4 流量的测量36
• 3.2.5 扬程的测量36-37
• 3.2.6 功率的测量37
• 3.2.7 离心泵试验性能曲线37-39
• 3.3 离心泵定常多相位数值模拟39-44
• 3.3.1 扬程对比分析39-40
• 3.3.2 轴功率对比分析40-42
• 3.3.3 性能曲线对比分析42-44
• 3.4 本章总结44-45
• 第4章 离心泵内流场分析45-55
• 4.1 离心泵叶轮前盖板内流场分析45-50
• 4.2 离心泵叶片流场分析50
• 4.3 离心泵叶轮后盖板流场分析50-51
• 4.4 离心泵涡壳流场分析51
• 4.5 设计工况下中间截面流场分析51-54
• 4.6 本章总结54-55
• 第5章 离心泵叶轮的优化设计55-73
• 5.1 叶轮优化设计的前处理55-58
• 5.1.1 优化方案的分析55-56
• 5.1.2 优化方案的确定56-58
• 5.2 优化方案一58-66
• 5.2.1 优化过程58-61
• 5.2.2 多变量约束优化61-63
• 5.2.3 优化前后性能参数对比63-64
• 5.2.4 优化后流场分析64-66
• 5.3 优化方案二66-71
• 5.3.1 优化过程66-69
• 5.3.2 优化前后性能参数对比69-70
• 5.3.3 优化后流场分析70-71
• 5.4 本章总结71-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 附录A75-77
• 附录B77-79
• 参考文献79-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 葛宰林;吕斌;于馨;;基于速度系数法的离心泵叶轮优化设计[J];大连铁道学院学报;2006年03期

2 任静,吴玉林,杨建明,张伟,曹树良;水力机械转轮内的CFD分析及优化设计[J];工程热物理学报;2000年03期

3 席光,卢金铃,祁大同;混流泵三元叶片优化设计方法研究[J];工程热物理学报;2004年06期

4 武鹏;王乐勤;吴大转;黄列群;薛存球;;基于内流分析的低比转数离心泵设计与改进[J];化工机械;2009年04期

5 高光良;;某低比转速直叶片离心泵三维流动数值分析[J];航空工程进展;2010年04期

6 姚一富;江亲瑜;何荣国;徐万平;;基于BP神经网络的离心泵的性能预测[J];机械设计与制造;2008年10期

7 刘波;梅运焕;靳军;万东;;基于NURBS的叶片优化设计研究[J];机械科学与技术;2006年07期

8 陈洪海,袁寿其;低比速离心泵优化设计方法[J];流体机械;2001年08期

9 黄思;吴玉林;;离心泵内三维流场非对称性及泵受力的数值分析[J];流体机械;2006年02期

10 徐伟幸;袁寿其;;低比速离心泵叶轮优化设计进展[J];流体机械;2006年02期

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本文编号：1131887