多级多出口离心泵的数值模拟及水力性能研究

发布时间：2017-04-12 04:09

  本文关键词：多级多出口离心泵的数值模拟及水力性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多级离心泵是应用面广、使用量大的水泵产品，这种高扬程的泵在油气储运、冶金制造、热能发电、民用高层给水方面发挥着重要的作用。而多级多出口离心泵具有不同出口有不同的扬程的性质，可以应用于不同高度不同楼层的液体运输，达到一泵多用，大大降低了成本，受到广大用户的青睐。因此，开展该种多级泵的性能研究具有一定的理论价值和实际意义。 本课题选用广东省佛山水泵厂有限公司的KDW65型四级三出口离心泵为研究对象，采用数值模拟计算与试验测试相结合的方法研究该泵的水力性能。 首先，对多级多出口离心泵进行了试验研究，通过试验得到了泵的性能曲线，阐述了泵的外特性性能。其次，应用Proe软件对多级多出口离心泵整机流体域进行实体三维建模，网格划分软件ICEM-CFD对其模型进行网格划分，ANSYS-CFX分别对不同工况不同出口设置下泵的流场进行稳态模拟计算，得到了泵内流场的速度和压力分布，绘制了泵的预测性能曲线，并用试验得到的结果来验证模拟计算的准确性。再次，对泵内流场进行了非稳态模拟计算，，分析了泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题，模拟结果显示了泵进出口压力在叶轮旋转周期内的脉动规律和波动范围。然后，由于多级多出口离心泵特殊的出口操作方式，还分析了泵工作出口下游段泵级的能量损耗，得到了这些泵级内产生的效率损失。最后，对多级多出口离心泵的结构进行了优化设计。泵的总体性能受多种因素的影响，其中叶轮内的流动状况对泵的性能有很大影响，叶轮几何参数分布是决定多级离心泵性能的主要因素。为了提高泵的性能，本课题主要对多级多出口离心泵的叶轮结构参数进行优化。通过以原模型模拟计算得到的结果作为基准参照，改变叶轮单一参数尺寸，固定其他尺寸，基于CFD的分析筛选法得到该参数的最优值，以此类推分别得到每个叶轮几何参数对多级多出口泵性能的影响规律和该参数的最优值，进行每个参数的优化设计，最终得到叶轮的整体优化方案。
【关键词】：多级多出口离心泵 实验验证 数值模拟 能量损失 优化设计
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题来源及研究意义11
• 1.2 多级多出口离心泵概述11-13
• 1.2.1 多级多出口离心泵结构11-12
• 1.2.2 多级多出口离心泵的出口操作方式12
• 1.2.3 多级多出口离心泵工作原理12-13
• 1.2.4 多级多出口离心泵性能参数13
• 1.2.5 多级多出口离心泵特点13
• 1.3 多级离心泵发展和研究综述13-17
• 1.3.1 多级离心泵国内外研究现状13-15
• 1.3.2 多级离心泵在油气储运工程中的应用15-17
• 1.3.3 发展趋势和前景预测17
• 1.4 研究方法17
• 1.5 多级多出口离心泵数值解法介绍17-18
• 1.5.1 CFX 软件介绍17
• 1.5.2 湍流数值模拟方法的基本介绍17-18
• 1.5.3 基于有限体积法的控制方程离散18
• 1.5.4 压力和速度耦合18
• 1.6 研究目的18-19
• 1.7 研究内容及基本工作19-20
• 1.8 本章小结20-21
• 第二章 多级多出口离心泵的现场实验研究21-29
• 2.1 多级离心泵试验种类21
• 2.2 试验目的21
• 2.3 多级离心泵标准的试验装置及试验条件21-22
• 2.3.1 标准的试验装置21-22
• 2.3.2 试验条件22
• 2.4 多级多出口离心泵的实验方案和实验装置22-28
• 2.4.1 流量23-24
• 2.4.2 扬程24-26
• 2.4.3 轴功率26
• 2.4.4 效率26-28
• 2.4.5 转速28
• 2.4.6 比转速28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 多级多出口离心泵计算几何造型和网格划分29-37
• 3.1 KDW65 型四级三出口离心泵结构参数29
• 3.2 多级多出口离心泵泵内流体域的三维建模29-34
• 3.2.1 吸入段内流体域的三维建模29-30
• 3.2.2 叶轮内流体域的三维建模30-32
• 3.2.3 导叶及吐出段内流体域的三维建模32-34
• 3.2.4 多级多出口离心泵整机流体的三维实体组装34
• 3.3 KDW65 型四级三出口离心泵流体域模型的网格划分34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 多级多出口离心泵数值模拟37-66
• 4.1 计算中的泵工况及流体物性37
• 4.2 KDW65 型四级三出口离心泵泵内流场的稳态数值模拟37-49
• 4.2.1 边界条件设置37
• 4.2.2 多级多出口离心泵的出口设置37
• 4.2.3 收敛的判断标准37-39
• 4.2.4 泵内流场速度压力场分布39-49
• 4.3 性能预测与实验结果的比较49-52
• 4.4 多级多出口离心泵的瞬态模拟计算52-59
• 4.4.1 概述52
• 4.4.2 计算结果分析52-59
• 4.5 多级多出口离心泵的能耗数值计算分析59-64
• 4.5.1 工作出口位于第三级时，卸除第四级后的能量损耗分析60-62
• 4.5.2. 工作出口位于第二级时，卸除第三、四级后的能量损耗分析62-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第五章 多级多出口离心泵优化设计66-79
• 5.1 优化设计方法介绍66-67
• 5.2 叶轮结构参数优化设计67-75
• 5.2.1 叶片入口边弧度68-69
• 5.2.2 叶片进口冲角69-70
• 5.2.3 叶片出口角70-72
• 5.2.4 叶片包角72-73
• 5.2.5 叶片数73-75
• 5.3 叶轮综合改进设计75-78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 结论79-80
• 展望80-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86-87
• 致谢87-88
• 附件88

【参考文献】

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本文编号：300676