螺旋离心泵启动过程及轴向力特性的数值研究

发布时间：2017-05-16 17:15

  本文关键词：螺旋离心泵启动过程及轴向力特性的数值研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泵的启动过程是一种特殊的瞬态过程,表现出明显的瞬态特性,启动过程产生的瞬时冲击以及压力脉动对系统的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。螺旋离心泵是将螺旋泵与离心泵融合为一体的具有较强无堵塞、无缠绕的新型杂质泵,目前对螺旋离心泵启动特性研究的相关报道较少,研究螺旋离心泵启动过程瞬态特性对于螺旋离心泵的设计以及运行具有一定的意义。 基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,采用滑移网格技术,以清水为介质,对螺旋离心泵封闭管路系统进行了全三维的数值模拟,通过UDF(User Define Function)函数来实现叶轮转速的自动更新。为了研究启动方式、启动时间、管路阻力对螺旋离心泵启动特性的影响,设计出了六种不同方案,通过对6种不同方案的数值计算,得到了螺旋离心泵启动过程对应外特性参数流量、扬程、功率、效率、进出口压力等随时间的变化规律；轴向力、径向力变化规律以及内部流动演化过程；以及启动方式、启动时间、管路特性因素对螺旋离心泵启动特性的影响。 结果表明：螺旋离心泵启动过程中流量随时间的变化呈现出多次曲线的变化规律,扬程、功率、效率表现出准周期波动并且数值随时间增加；启动过程表现出明显的瞬态效应,伴随有较大的压力脉动以及功率波动；启动方式、启动时间、管路阻力对外特性、压力脉动、功率波动幅度、轴向力、径向力等参数均有一定的影响；泵内流动状态随着时间的变化发生了一定的变化,出现了流动分离以及较大的漩涡,漩涡的大小、位置随时间变化而变化。 基于RNG k-ε湍流模型,采用非结构化网格技术和SIMPLEC算法,分别以清水和固液两相沙水为介质,选用Mixture多相流模型,对带有叶轮背叶片的螺旋离心泵进行了全三维数值计算,通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出6种不同叶轮方案,对各种方案下泵内流动进行了数值模拟,获得了螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下外特性、内部流动以及轴向力的变化规律。 结果表明：螺旋离心泵叶轮背叶片的数目、宽度对泵扬程影响不大,相对于背叶片数目而言,背叶片宽度对泵效率的影响更为明显；背叶片对于平衡轴向力具有明显的作用,背叶片的数目、背叶片的宽度对于平衡轴向力而言均存在最优值。
【关键词】：螺旋离心泵 启动过程 瞬态特性 固液两相流 叶轮背叶片 数值模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题来源及名称11
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 课题名称11
• 1.2 课题研究背景及意义11-12
• 1.3 研究现状12-16
• 1.3.1 螺旋离心泵介绍12-13
• 1.3.2 泵内非定常流动机理研究现状13-14
• 1.3.3 泵内轴向力计算的研究现状14-15
• 1.3.4 泵启动过程的研究现状15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 1.5 本文主要创新点18-19
• 第2章 螺旋离心泵瞬态过程基本方程及数值计算理论19-30
• 2.1 水力机械广义基本方程式19-22
• 2.2 螺旋离心泵启动过渡过程的计算22-23
• 2.3 湍流流动的数值模拟方法23-26
• 2.3.1 湍流流动的基本方程23-25
• 2.3.2 湍流流动数值模拟方法分类25-26
• 2.4 CFD计算方法26-28
• 2.4.1 离散方法26-27
• 2.4.2 离散格式27-28
• 2.5 SIMPLE算法28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 螺旋离心泵启动过程瞬态特性的数值模拟30-41
• 3.1 物理模型的建立30-32
• 3.2 启动过程的数值计算32-38
• 3.2.1 网格的划分32-35
• 3.2.2 控制方程及定解条件35-36
• 3.2.3 启动过程瞬态计算方案的确定36-37
• 3.2.4 性能预测37
• 3.2.5 轴向力的计算37-38
• 3.3 试验验证38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 螺旋离心泵启动过程数值计算结果分析41-67
• 4.1 瞬态启动过程外特性曲线分析41-50
• 4.1.1 不同启动方式下外特性曲线的对比分析43-46
• 4.1.2 不同启动时间下外特性曲线的对比分析46-48
• 4.1.3 不同管路阻力下外特性曲线的对比分析48-50
• 4.2 瞬态启动过程内部流动分析50-58
• 4.2.1 不同启动方式下内部流动的对比分析53-54
• 4.2.2 不同启动时间下内部流动的对比分析54-56
• 4.2.3 不同管路阻力下内部流动的对比分析56-58
• 4.3 启动过程轴向力变化规律分析58-61
• 4.3.1 不同启动方式下轴向力变化规律对比分析58-59
• 4.3.2 不同启动时间下轴向力变化规律对比分析59-60
• 4.3.3 不同管路阻力下轴向力变化规律对比分析60-61
• 4.4 启动过程径向力变化规律分析61-66
• 4.4.1 不同启动方式下径向力变化规律对比分析61-62
• 4.4.2 不同启动时间下径向力变化规律对比分析62-63
• 4.4.3 不同管路阻力下径向力变化规律对比分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 螺旋离心泵叶轮轴向力的平衡方法67-81
• 5.1 背叶片平衡轴向力原理67-68
• 5.2 研究方案的确定68-69
• 5.3 背叶片参数对外特性影响的分析69-71
• 5.3.1 背叶片数目对外特性的影响69-70
• 5.3.2 背叶片宽度对外特性的影响70-71
• 5.4 背叶片参数对内部流场影响的分析71-75
• 5.4.1 背叶片数目对内部流场的影响71-73
• 5.4.2 背叶片宽度对内部流场的影响73-75
• 5.5 背叶片参数对轴向力影响的分析75-79
• 5.5.1 背叶片数目对轴向力的影响75-77
• 5.5.2 背叶片宽目对轴向力的影响77-79
• 5.6 本章小结79-81
• 第6章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间所发表的学术论文目录89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：371451