基于MATLAB螺旋离心泵叶轮型线建模及数值模拟

发布时间：2018-04-30 20:01

  本文选题：螺旋离心泵 + 流动特性　； 参考：《兰州理工大学》2012年硕士论文

【摘要】：螺旋离心泵叶片设计不当，不仅会影响叶轮的水动力特性，还会加剧工作介质中固体颗粒对叶片的磨损，使得叶轮的寿命大大缩短，降低泵的效率及可靠性。本文根据螺旋离心泵流道内流体运动特征，建立表述理想状态下泵流道内流体质点运动轨迹的数学模型，将此数学模型作为叶轮型线模型，在MATLAB中解得叶轮轮缘、轮毂型线数据，型线数据导入PRO/E生成三维空间的叶轮轮缘、轮毂型线，以达到使用造型工具直接构造叶轮目的。利用这种新方法绘制螺旋离心泵叶片，可避免传统设计方法中手工作图的繁杂和降低对经验的依赖性，提高计算机辅助设计在螺旋离心泵设计过程中应用程度。 为验证该方法设计叶轮的可行性，对150X100LN-32型螺旋离心泵叶轮进行了实例设计，设计过程表明，本文方法较传统设计方法更为简洁、高效，极大降低了设计人员在设计螺旋离心泵过程中的工作强度。本文设计出了两种叶片形状相同但轮毂头部分别为平头型和半球型的两种叶轮，为得到这两种叶轮性能的区别以便进行螺旋离心泵的优化，在清水介质下，采用湍流雷诺方程、标准k-ε湍流模型，以FLUENT软件为工具，对以这两种叶轮为叶轮的螺旋离心泵模型A和螺旋离心泵模型B进行多个工况的数值计算，得到两模型的外特性曲线，结果表明，在设计工况下，采用新方法设计的螺旋离心泵模型A、B效率分别比原型机效率高8.3%和9.28%，扬程分别比原型机高0.56m和0.36m。通过对螺旋离心泵模型A、B的数值模拟验证了采用本文新方法设计螺旋离心泵具有可行性。 螺旋离心泵工作在固液两相流介质下，，为得到更为接近真实工作状态下的螺旋离心泵外特性曲线，对模型B进行了固液两相流介质下的数值模拟。模拟结果表明，固液两相流介质下，模型B的扬程、效率总体比清水介质环境下略有下降，功率曲线则整体高于清水介质下功率曲线，分析认为这是由于固液两相流介质中固体介质使泵流道内流体密度增加及固体介质对流道流场的影响导致水力损失增加造成的。
[Abstract]:The improper design of the blade of the screw centrifugal pump will not only affect the hydrodynamic characteristics of the impeller, but also aggravate the wear of the blade caused by the solid particles in the working medium, shorten the life of the impeller and reduce the efficiency and reliability of the pump. According to the characteristics of fluid movement in the channel of spiral centrifugal pump, a mathematical model is established to describe the trajectory of fluid particle movement in the ideal state of the pump passage. The mathematical model is used as the impeller profile model, and the impeller flange is solved in MATLAB. The hub profile data is imported into PRO/E to generate three dimensional impeller flange and hub profile so as to use modeling tools to construct impeller directly. Using this new method to draw the blade of spiral centrifugal pump can avoid the complexity of manual drawing and reduce the dependence on experience in the traditional design method, and improve the degree of application of computer aided design in the design process of spiral centrifugal pump. In order to verify the feasibility of designing impeller with this method, the impeller of 150X100LN-32 type spiral centrifugal pump is designed with an example. The design process shows that the method in this paper is simpler and more efficient than the traditional design method. This greatly reduces the working intensity of the designer in the process of designing the screw centrifugal pump. In this paper, two kinds of impellers with the same blade shape but a flat head and a hemispherical head are designed. In order to obtain the difference of the performance of the two impellers in order to optimize the screw centrifugal pump, the turbulent Reynolds equation is used in the clear water medium. The standard k- 蔚 turbulence model, using FLUENT software as a tool, has been numerically calculated for the spiral centrifugal pump model A and the spiral centrifugal pump model B with these two impellers as impellers. The external characteristic curves of the two models are obtained. Under the design conditions, the efficiency of the spiral centrifugal pump designed by the new method is 8.3% and 9.28% higher than that of the prototype, and the lift is 0.56 m and 0.36 m higher than that of the prototype, respectively. The feasibility of designing spiral centrifugal pump with the new method is verified by numerical simulation of helical centrifugal pump model AZB. In order to obtain the external characteristic curve of spiral centrifugal pump working in solid-liquid two-phase flow medium, the numerical simulation of model B in solid-liquid two-phase flow medium was carried out in order to obtain the external characteristic curve of spiral centrifugal pump. The simulation results show that the overall efficiency of model B in solid-liquid two-phase flow medium is slightly lower than that in clear water medium, and the power curve is higher than that in clear water medium. It is considered that this is due to the increase of the fluid density in the pump channel caused by the solid medium in the solid-liquid two-phase flow medium and the increase of the hydraulic loss caused by the influence of the solid medium on the flow field of the channel.
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH311

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 许洪元,高志强,吴玉林;离心泵叶轮中固体颗粒运动轨迹计算[J];工程热物理学报;1993年04期

2 朱士灿,刘振忠;离心泵叶轮叶片通道三元流场数值解法的一些研究(与解析解的对比)[J];工程热物理学报;1988年03期

3 张凯钊;;世界泵业文献题录[J];水泵技术;2007年03期

4 于天明;仲剑锋;;离心泵的汽蚀及提高抗汽蚀能力的措施[J];化工装备技术;2010年03期

5 王松岭,安连锁;低比转数离心泵叶轮设计方法探讨[J];流体机械;1991年12期

6 袁寿其,陈次昌,曹武陵;离心泵叶轮内的真实流动和射流—尾流模型[J];江苏大学学报(自然科学版);1992年02期

7 陈次昌;;离心泵叶轮主要几何尺寸的计算(提高机辅设计速度和精度的研究之一)[J];排灌机械;1985年01期

8 龙方;用能量准则对离心泵叶轮参数关系的优化探索[J];湖南农机;1997年03期

9 杨敏官,刘栋,贾卫东,王春林;离心泵叶轮中固液两相流动的数值模拟[J];水泵技术;2005年04期

10 万毅,柯坚;离心泵流道和泵腔内流场的试验研究[J];机械工程学报;2005年10期

相关会议论文 前2条

1 宋婷婷;吴兰鹰;;基于pro/e的离心泵叶轮建模及有限元仿真[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年

2 张春花;王勇;张永泉;;新形势下工艺管理中的问题与探讨(摘要)[A];2010全国机电企业工艺年会《上海电气杯》征文论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前10条

1 朱荣生;离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究[D];江苏大学;2011年

2 张人会;离心泵叶片的参数化设计及其优化研究[D];兰州理工大学;2010年

3 王凯;离心泵多工况水力设计和优化及其应用[D];江苏大学;2011年

4 邵杰;小型离心模型泵非定常流动试验研究及数值模拟[D];清华大学;2009年

5 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年

6 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年

7 张翔;不锈钢冲压焊接离心泵能量转换特性与设计方法[D];江苏大学;2011年

8 王勇;离心泵空化及其诱导振动噪声研究[D];江苏大学;2011年

9 陈斌;低比转速无过载排污泵优化设计及实验研究[D];江苏大学;2012年

10 裴吉;离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D];江苏大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 张忠华;基于MATLAB螺旋离心泵叶轮型线建模及数值模拟[D];兰州理工大学;2012年

2 权辉;螺旋离心泵内部流动和能量转换机理的研究[D];兰州理工大学;2012年

3 曹新智;螺旋离心泵内部流场的数值计算[D];江苏大学;2010年

4 马薇;螺旋离心泵内固液两相非定常流动的数值计算与分析[D];兰州理工大学;2012年

5 张宁;离心泵叶轮计算机辅助设计及其运动仿真研究[D];中南大学;2012年

6 马玉辉;旋转与曲率影响下离心泵叶轮内流的数值研究[D];大连理工大学;2010年

7 刘永艳;冲压焊接离心泵叶轮的优化设计与制造工艺研究[D];山东理工大学;2010年

8 吴承福;离心泵叶轮内盐析晶体颗粒运动及粒径分布特性的研究[D];江苏大学;2010年

9 朱波;离心泵叶轮特殊切割方法的研究与探讨[D];浙江工业大学;2012年

10 李颜;基于CFD的船用离心泵叶轮抗汽蚀优化设计[D];大连海事大学;2012年

本文编号：1825986