低比转速离心泵双吸叶轮及蜗壳内部流场的数值计算与分析

发布时间：2020-04-29 00:41

【摘要】：石油化工流程泵在化工流程中起着举足轻重的作用,它直接影响着化工企业能否正常运营。随着石油化学工业的发展,人们对石油化工用泵提出了更新更高的要求。目前,石油化工流程泵正往大型化、高速化方向发展,HD型石油化工流程泵就是基于这种思路开发的一种新型化工流程泵。该泵构思新颖,结构紧凑,性能参数有别于其他类型泵。该泵可以输送不含固体颗粒、具有腐蚀性的高温、高压及易燃、易爆或有毒的液体,适用于石油化工、炼油、化学制品等工业部门。为了使HD型石油化工流程泵具有更好的性能,了解泵内部流场的流动规律显得尤为重要。研究内部流场规律的手段主要有实验和数值模拟两种。虽然实验是最直接的方法,但是仍然面临投资大、周期长等实际困难,实验数据的准确度和精度受测试仪器仪表及环境的制约,对内部流场的分析和细微流动现象的分析能力有限。随着计算机科学技术的飞速发展,以及流动计算模型和数值求解技术的完善,通过CFD软件模拟内部流场越来越受到人们的重视。本文总结了国内外研究低比转速离心泵的发展状况,研究了CFD理论和数学模型,并找出了适合HD型离心泵的数学模型。对HD型石油化工流程泵进行实体建模和网格划分,利用CFD软件Fluent对该泵内部流场进行了数值计算和分析,研究了清水介质时,设计工况、大流量工况、小流量工况,三种不同流量工况下,内部压力、速度分布规律,捕捉到了一些重要的流动现象: ● 在叶片背面进口稍靠后的地方存在低压区,并且大流量时低压区更为明显,这将容易造成空蚀,对泵造成破坏。 ● 在叶片出口出现了尾迹流现象,尾迹区的大小与流量有密切联系。 ● 对于双吸叶片,在其汇合处,速度场和压力场均出现波动,并且随流量增大,波动越明显。 ● 随着流量增大,叶片工作面与压力面的压力差减小。 ● 双蜗壳内的压力分布呈180°对称分布,靠近蜗壳内侧的压力大于蜗壳外侧的压力,在隔舌处存在回流,在过渡流道内存在回流与撞击,流量不同,撞击和回流的程度不同。通过对捕捉到的现象进行详细分析,为改善泵的性能,优化泵的设计提供了一些参考依据。预测结果表明,采用CFD软件对输送清水介质时的数值模拟结果与实验结果误差很小,证实了用FLUENT对低比转速离心泵内部流场进行数值计算的正确性和可行性。
【图文】：

结构图,石化流程,结构图,石油化工流程

件模拟叶轮和蜗壳内部流场的可行性。叶轮的设计工况参数如表1一1，其设计几何参数如表1一2;两级石油化工流程泵的结构图如图1.2;过渡流道的水力结构可在图1.3反映出。

生成图,叶片

画出叶片的12个轴向截面图，在绘制过程中应注意每个轴截面的旋转角度。然后将这12个轴向截面用边界混合命令生成单个叶片实体，最后对叶片的各侧面做倒圆，使其光滑，无尖角。单个叶片的生成图如图3.1。(2)多个叶片实体的生成:因为叶轮的叶片为旋转对称结构，所以其他的几个叶片可以用旋转复制命令生成。本课题模型为5个叶片，利用旋转复制命令生成另外4个叶片，叶轮的5个叶片就生成了。(3)轮毅及前盖板的生成:根据木模图确定轮毅的尺寸和坐标，先画出轮毅的外轮廓线，然后利用旋转命令生成轮毅。单吸结构的叶轮模型如图3.2。(4)双吸叶轮的生成:HD40O一16OxZ型式石油化工流程泵的首级叶轮为双吸结构，对于双吸叶轮可以理解为两个单吸叶轮背靠背组成，去掉后盖板，，只留轮毅。因此利用旋转对称命令生成叶轮的另一半，并剪切掉后盖板。整个叶轮的模型就建成了。(见图3.3)(5)叶轮流道的生成:利用布尔运算切除命令
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH311

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