射流式自吸离心泵的设计理论、数值模拟及实验研究

发布时间：2020-04-23 01:49

【摘要】：本课题属“十五”国家重大科技专项“轻小型移动式与大型自走式喷灌机组配套产品研制与产业化开发(项目编号:2002AA6Z3161)”项目。自吸泵广泛应用于农业、船舶、市政、电力、矿山、化工等部门。与普通离心泵相比,这种泵能够实现自吸,因此应用广泛,特别是在现代化农业中实现自动化控制的节水灌溉方面,自吸式喷灌泵是其核心设备。我国目前生产的自吸泵基本上都是离心式自吸泵,泵的自吸方式大多数是气液混合式,可分为内混式和外混式两种型式。这种结构型式的自吸泵由于采用涡壳式压水室,因此具有较大的气液分离室,从而导致泵的体积、重量过大,搬运困难。泵体结构复杂,铸造、加工难度相对较大,而且性能上还存在一些不足,如吸程较低,必需汽蚀余量较大,自吸时间较长,运行费用较高。因此,本文在分析自吸喷灌泵自吸原理的基础上,为了达到改进水力设计方法和自吸结构,以提高泵的效率和自吸性能,提出了一种新型的自吸泵——射流式自吸喷灌泵。该泵在结构上作了以下创新:①进口流道引入射流自吸装置;②压水室采用导叶式结构。自吸装置对泵的进口流场能够形成负压区,提供比较大的真空度,提高了自吸性能,缩短了自吸时间,也提高了整个机组的性能和效率,降低了运行成本。压水室采用导叶式结构能够尽快地把液体的动能转换为压力能,同时能够使泵腔内的流动更趋合理均匀,提高泵内气液分离的能力,并且能平衡叶轮径向力。对于该泵的内部结构分析采用三维流场数值计算,因为三维数值模拟计算能够比较直观地表达泵内的流动信息。最后设计生产出的自吸泵,并对该泵进行实验研究,分析实际工况下上述的改变对功率、流速、自吸性能的影响,利用实验来比较验证计算的结果。本文的主要工作如下: 1.概述了自吸泵的研究现状和前人的研究成果,提出了一种新型射流式自吸泵的设计理论及方法。指出了本课题研究的理论含义和实践意义。 2.利用三维造型软件Pro/ENGINEER,绘出了泵以及泵自吸装置结构的三维立体模型。简要介绍了网格生成技术,并把混合结构网格生成技术应用于射流式自吸泵的进口流场。通过构造泊松方程源项P、Q、R分布函数控制网格的疏密度。 3.概括介绍了湍流与计算流体力学的发展现状及在工程中的应用,对计算模型进行了阐述,应用商业CFD软件FLUENT对进口三维不可压湍流流场进行数值模拟,确定其求解区域并引入边界条件,采用更符合实际工程中广泛应用的RNGK-ε双方程湍流模式,利用有限体积法对控制方程进行离散,采用交错网格存放变
【图文】：

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因为Por/ENGLNEER的三维建模是参数化设计，所以在建好模型后可以在模型参数中改变喷嘴的尺寸，就直接能够得到其他系列的喷嘴。因此得到的S型进口流场的三维模型如图3一l，图3一2所示。图3一1进口流道的三维模型(视图一)图3一2进口流道的三维模型(视图二)得出了泵S型进口流道之后，就可以得到进口流道的计算区域。在接下来的流体数值模拟中将利用这个三维模型，，采用流体计算软件Fluent进行数值模拟。3.5泵叶轮的三维造型水泵叶轮属过流部件，确定了水力尺寸之后，就可以确定结构尺寸。水泵叶轮的叶片一般分为扭曲叶片和圆柱形叶片两种。对于扭曲叶片的造型，三维绘图软件Por/ENGLNEER一般采用读入点的空间坐标来造型，或是采用截面相交截除法，也就是利用几个空间体相交所得的交集来得到所要绘制的三维立体图。由于在水力设计时

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江苏大学硕士学位论文图3一3叶轮的三维模型图3一导叶和泵体的三维造型3.6泵体和导叶体的三维造型与普通的离心泵相比较，射流式自吸离心泵采用的是径向导叶式压水室的结构，分水室也不是采用普通的涡壳式的结构。为了能够提高泵的气液分离能力，这里是在保证泵整体结构紧凑的条件下，尽量增大气液分离室的体积，提高气液分离的能力。先在建立体的命令(Sohd)中的拉伸(Protursino)条目下，拉伸生成泵体的三维实体，然后在泵体内再作出导叶体的三维实体。其中导叶体为直接圆柱拉伸生成的导叶。最终生成的泵体和导叶体的三维模型如图3一4所示。3.7泵的整体装配三维造型泵的叶轮、泵体、盖板、进口以及回流系统的三维实体生成后，利用Por/ENGLNEER的零件设计和装配模块，把它们结合为一体。具体实现过程如下:打开新的pro/ENGLNEER中的Assembly模块~Component~Assemble~然后就弹开一个对话框
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH311

【引证文献】