旋流泵的数字化设计及性能分析

发布时间：2021-04-01 20:21

旋流泵是杂质泵的一种。它的优点是结构简单、耐磨性无堵塞性能好，适用于输送污水和带有纤维和较大颗粒的混合液等。随着经济的发展，具有独特性能和结构的旋流泵也被广泛应用于化工、造纸、矿山、水产等工业领域。在研究旋流泵过程中出现的主要问题是产品设计开发周期长，效率低和叶轮磨损严重，所以缩短产品开发周期，提高工作效率和减小叶轮磨损是目前急需解决的问题。因此，针对旋流泵设计所面临的主要问题，进行旋流泵CAD系统开发、旋流泵CFD数值模拟和旋流泵叶轮结构分析具有重大的理论意义和实用价值。本论文的主要研究成果有一下几点：（1）基于旋流泵的三要素设计方法和速度系数法的基本理论，针对参数化设计的需要，实现了旋流泵的水力设计。（2）基于缩短旋流泵开发周期的需求，应用SolidWorks软件和VBA工具，建立了旋流泵主要过流部件的CAD系统。首先按照特征建模的方法应用SolidWorks软件建立旋流泵叶轮及蜗壳的模型，然后应用二次开发工具VBA，采用基于尺寸驱动的参数化方法，，得到叶轮与蜗壳的参数化模型。（3）针对旋流泵效率低和叶轮磨损严重等问题，应用FLUENT软件来模拟分析不同结构参数的旋流泵的内部流场，得到不同结构参数的旋流泵内部流场的压力和速度的分布规律，得到结构参数对旋流泵性能的影响，为提高旋流泵工作效率和旋流泵优化设计提供指导。（4）基于ANSYS的协同仿真环境ANSYS Workbench平台，应用“流-固”耦合分析理论，完成了叶轮的结构强度分析，解决了叶轮局部严重磨损的问题。叶轮的强度分析结果为叶轮的结构优化设计提供参考。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH38

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题介绍

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究的背景和意义

1.2 国内外旋流泵研究现状

1.3 旋流泵发展趋势

1.4 本课题研究的内容

1.5 本章小结

2 旋流泵的工作原理及水力设计

2.1 旋流泵的工作原理

2.2 旋流泵内部能量损失及泵的效率

2.3 旋流泵结构参数对性能的影响

2.4 旋流泵主要水力参数设计计算

2.5 本章小结

3 旋流泵主要过流部件的参数化设计

3.1 特征参数化造型技术

3.1.1 特征定义

3.1.2 参数化设计理论方法

3.2 SolidWorks 软件和编程软件 VB 的基本介绍

3.2.1 SolidWorks 软件的基本介绍

3.2.2 VB 软件的基本介绍

3.3 旋流泵叶轮及蜗壳的基础模型建立

3.3.1 旋流泵叶轮的基础模型建立

3.3.2 旋流泵蜗壳的基础模型建立

3.4 旋流泵叶轮及蜗壳的参数化设计

3.4.1 旋流泵叶轮及蜗壳的 CAD 系统

3.4.2 旋流泵叶轮及蜗壳的 CAD 系统的主要模块介绍

3.4.3 程序实例

3.5 本章小结

4 旋流泵内部流场的数值模拟及性能预测

4.1 流体机械的流场数值模拟及性能预测理论基础

4.1.1 流体机械内部全三维流动的控制方程

4.1.2 湍流模型理论

4.1.3 过流表面的近壁面流动处理

4.1.4 动静区域的流场数值模拟方法

4.1.5 流体动力性能预测的计算方法

4.2 三维流场数值模拟分析软件简介

4.3 CFD 计算分析过程

4.3.1 Fluent 前处理

4.3.2 Fluent 流场分析计算过程

4.4 各种方案下的结果与分析

4.4.1 基本模型的参数设置

4.4.2 旋流泵外特性曲线分析

4.4.3 旋流泵流场数值模拟结果分析

4.5 本章小结

5 叶轮强度分析

5.1 有限元法简介

5.2 流体机械的结构静力分析理论

5.3 叶片泵的“流-固”耦合分析简介

5.4 旋流泵叶轮的静力分析

5.4.1 有限元网格划分

5.4.2 材料常数设置

5.4.3 约束及载荷的设置

5.4.4 计算结果分析

5.5 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢

【参考文献】