高比转速混流泵内部流场数值模拟与性能预测

发布时间：2020-09-24 10:16

　　 随着国民经济的飞速发展以及日益苛刻的能源与环境要求，人们对泵这一应用广泛的通用机械的性能提出了越来越高的要求。对叶轮、导叶及涡壳等过流部件进行合理的设计，可以改变内部流场的速度和压力分布，达到提高泵水力性能的目的。 本文首次将吸入室、叶轮、导叶体和出水弯管四个过流部件耦合起来作为一个整体，变换可调叶片的安放角，模拟不同流量工况下混流泵内三维不可压湍流场，分析高比转速混流泵的内部流动特性，揭示其内部流动的主要特征，并通过分析流场中的冲击、二次回流等流动现象，研究其内部流动现象的物理本质，为高比转速混流泵的优化设计及性能改进提供理论依据。 本文的主要工作及研究成果包括： 1．简要介绍了国内外混流泵的研究现状、高比转速混流泵的特点以及江苏大学流体中心研究开发的211-80模型泵；并对流场计算的控制方程及其离散求解方法、网格生成技术等进行了探讨。 2．应用Pro／Engineer软件对211-80模型泵整体进行三维造型；应用专业前处理软件Gambit对该混流泵内流整体计算域进行网格划分；选用标准κ-ε湍流模型，利用有限控制体积法对雷诺平均的Navier-Stokes方程进行数值离散，采用SIMPLEC算法求解，对211-80混流泵模型内部三维湍流场在不同叶片安放角和不同流量工况下进行数值模拟。 3．分析了211-80高比转速混流泵的内部流动特性，给出了直观的泵内流场整体静压分布、叶轮叶片静压分布，得出叶片工作面静压的最大、最小值随流量的增大近似线性递减这一结论：给出泵内流场整体速度矢量分布，直观描述了叶片和导叶进口处的流动冲击现象，计算得到叶轮叶片工作面的绝对速度分布等值线图，速度分布和变化符合混流泵叶轮内流动的一般规律；捕捉到各叶片安放角下小流量工况时，导叶进口处的二次回流现象，验证了通过调节叶片安放角可以有效地防止二次回流现象的发生；给出叶轮叶片湍动能、湍流耗散率和湍流强度图，直观地反映出三者的最大值均出现在叶片进口处的同一位置。 4．给出了211-80混流泵模型各叶片安放角下的最优工况位置，介绍了扬程、轴功率和水力效率预测值的计算方法和公式；做出各叶片安放角下计算和试验的泵外特性曲线，结果表明计算值与试验结果基本一致，预测的精度较高，在极大流量工况点处由于流场湍流程度的进一步加剧，导致预测误差较大。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH313
【部分图文】：

装配叶轮与导叶体的外壳实体飞继而将整体模型保存为*.stP格式文件，导入专业前处理软件Gambit中。图3一14高比转速混流泵过流部件实体与整体外壳实体由于本文模拟的是混流泵内部流体的流动状况，因此流场计算所用的计算区域应为泵整体外壳实体减去泵内叶轮、导叶体以及轴等流体无法穿过部件所得到的实体部分。在Gambit软件中对之前导入的实体模型运用Geometry肠lume/subtract命令，剪切后所得到的即为本文研究的高比转速混流泵整体内部流场计算域。下图分别为叶轮部件、导叶体部件以及出水弯管的计算域。图3一15叶轮计算域图3一16导叶体计算域

Geometry肠lume/subtract命令，剪切后所得到的即为本文研究的高比转速混流泵整体内部流场计算域。下图分别为叶轮部件、导叶体部件以及出水弯管的计算域。图3一15叶轮计算域图3一16导叶体计算域

江苏大学硕士学位论文图3一17出水弯管计算域在三维问题中，常用的网格单元包括:Hex(六面体单元)、He对 v/edge(网格主要由六面体组成，个别位置允许有楔形体)、Te川ybrid(网格主要由四面体组成，个别位置可以有六面体、锥体或楔形体)。常用的网格类型包括:MaP(规则的结构网格)。subm即(块结构网格)、Cooper(非结构网格)、TGrid(混合网格)等。其中，结构网格和块结构网格只能使用Hex单元，非结构网格可以使用Hex单元或Hex/研 /edge单元，混合网格使用Te川ybrid单元。分别对吸入室、叶轮、导叶体以及出水弯管四个过流部件计算域进行网格划分。对于上图所示的叶轮和导叶体计算域，因其是该混流泵内部流场中的重点区域

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本文编号：2825604