交错叶轮离心泵水力特性及泵站前池整流研究

发布时间：2020-10-29 11:53

　　 水泵机组的水力稳定与流致激振是泵站安全稳定运行研究的重点,水泵内部流场的非定常压力脉动及泵站前池不均匀流态都是导致水泵机组水力振动加剧的重要原因。论文针对泵站的水力稳定性问题,采用数值模拟方法,对离心泵内部流场的压力脉动和泵站前池的流态进行了计算,并研究减轻双吸离心泵压力脉动和改善泵站前池流态的相应措施。论文的主要内容如下： 1.进行双吸离心泵的精确三维建模。采用激光扫描技术获取水泵三维实体数据并对大型双吸离心泵进行三维重建,利用自动与半自动相结合的数据处理方法构建了精确的三维实体模型以及流体计算模型,为进一步分析水泵流动特性并探讨交错式叶片离心泵的水力性能提供了基础。 2.研究提高水泵外特性计算精度的方法。根据水泵的精确实体模型及外特性试验数据,对于定常流数值模拟,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、Realizable k-ε模型、SSTκ-ω模型、雷诺应力模型进行计算；对于非定常流数值模拟,采用RNGκ-ε模型和大涡模拟方法中的Smagorinsky-lilly亚格子模型进行计算；应用外特性模型试验结果,验证数值计算结果。通过对定常流与非定常流计算的比较,揭示出影响双吸离心泵内部流场数值模拟精度的最大因素在于定常和非定常计算方法的选取,采用非定常计算的精度远高于定常计算。 3.研究双吸离心泵内部流场非定常压力脉动及减轻措施。通过RNGκ-ε模型的非定常计算,对采用对称叶轮及交错叶轮的双吸离心泵的内外特性进行了计算比较,并重点分析采用交错布置叶轮对双吸离心泵内部流场压力脉动的影响。结果表明：采用交错布置的双吸离心泵效率比采用对称叶轮略有下降,但压力脉动值较小。叶轮出口和隔舌区蜗壳上的压力脉动周期性均十分明显。交错布置双吸叶轮是减轻双吸离心泵压力脉动、增强机组运行稳定性的有效方式。 4.研究前池流态及整流措施。建立了泵站前池流态数值模拟方法,并与模型试验结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性。比较两种湍流模型对泵站前池模拟的适用性,表明Realizable k-ε模型比RNGκ-ε模型更适用于大型泵站前池流态模拟。同时,还对泵站的进水前池和与之相连的部分引水明渠进行了数值模拟,对前池内的流动均匀性及漩涡状态进行了分析,研究消除漩涡和对前池进行整流的措施。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TH311
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究的背景和意义
    1.2 泵站前池流态研究综述
    1.3 离心泵内部流动研究综述
    1.4 湍流数值模拟的研究现状和发展
    1.5 论文主要工作
第二章 泵及泵站内部流动的数值计算方法
    2.1 控制方程
    2.2 雷诺平均法
    2.3 大涡模拟
    2.4 壁面函数法
    2.5 控制方程组的离散及计算方法的选择
    2.6 本章小结
第三章 基于激光扫描技术的双吸离心泵虚拟三维重建
    3.1 水泵虚拟重建方法概述
    3.2 基于激光扫描技术的虚拟重建流程
    3.3 结合激光扫描技术的水泵三维重建
    3.4 水泵三维数字重建实验
    3.5 本章小结
第四章 双吸离心泵外特性计算研究
    4.1 双吸离心泵研究对象及计算域确定
    4.2 双吸离心泵的外特性试验数据
    4.3 双吸离心泵的数值模拟
    4.4 数值计算的结果与分析
    4.5 本章小结
第五章 不同叶轮形式的双吸离心泵压力脉动特性研究
    5.1 两种叶轮形式的双吸离心泵几何模型
    5.2 两种叶轮形式的双吸离心泵数值模拟
    5.3 外特性计算结果比较分析
    5.4 压力脉动计算结果比较分析
    5.5 本章小结
第六章 泵站前池流态模拟及整流研究
    6.1 研究对象
    6.2 泵站前池的数值模拟
    6.3 两种湍流模型计算结果与模型试验对比
    6.4 原三角墩布置方案下数值模拟的计算结果
    6.5 改进三角墩布置方案下的数值模拟计算结果
    6.6 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文

【参考文献】

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本文编号：2860863