多级离心泵的水力性能研究

发布时间：2017-05-18 09:22

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【摘要】：多级离心泵广泛应用于国民经济生产的各个部门,提高离心泵的效率,是实现节能减排的有效途径。多级离心泵的结构复杂,水力设计过程中的限制因素较多,提高离心泵整机效率难度较大,因此,深入开展离心泵内部流动模拟,进一步揭示流动机理,探求多级离心泵内部主要的能量损耗部件及其对泵性能的影响,能指导多级离心泵的优化设计,对提高泵行业的总体技术水平具有重要的理论和现实意义。 采用TurboGrid、UG、ICEM软件,对某型号5级离心泵的吸入段、叶轮、导叶、末级导叶及吐出段进行建模和网格划分,基于标准k-ε紊流模型,对不同流量工况点离心泵内部的三维不可压缩流场进行了数值计算,分析了多级离心泵的内流场和外特性。计算出的扬程和效率曲线与实验数据曲线进行对比,变化趋势是一致的,而扬程和效率的计算结果都高于实测结果,但高效区范围误差在7%以内。主要因素是计算模型未模拟间隙内的流动,不能计算相应的水力损失和容积损失。 第一级与第二级叶轮的高效区流量基本一致,说明叶轮之间的配合比较合理。对各过流部件的能量损失进行计算分析,可知导叶的能量损失最大,吐出段次之。导叶的流道内流场不均匀,出现了大范围的回流和漩涡,说明导叶与叶轮的配合不是很好,导叶的设计也存在问题。吐出段的流场不均匀,出现的漩涡和脱流现象比较严重,并且出口仍有较大的圆周速度,既增加了水力损失,也影响了对动能的回收。分析了吸入段和导叶对后置叶轮水力性能的影响,结果表明,吸入段和导叶不但自身存在水力损失,而且影响后置叶轮水力性能的发挥。其中,导叶使后置叶轮的效率下降最明显。 研究表明,本文采用的数值计算模型和方法能较准确地预测多级离心泵的内部流场和水力性能,该多级离心泵首级叶轮和后面叶轮的性能良好,但导叶和吐出段等部件的设计存在一定的缺陷,有改进的余地。
【关键词】：多级离心泵 CFD 流场分析 数值模拟
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符号说明7-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究目的与意义11
• 1.3 离心泵内部流动的研究现状11-14
• 1.3.1 传统方法应用于离心泵内流动的研究11-12
• 1.3.2 CFD技术应用于离心泵内流场分析的研究进展12-14
• 1.4 研究内容14-16
• 第二章 计算流体动力学基础理论16-26
• 2.1 计算流体动力学的发展16-17
• 2.2 CFD的工作步骤17
• 2.3 CFD的基本控制方程17-21
• 2.3.1 连续方程18
• 2.3.2 运动方程18-19
• 2.3.3 能量方程19-20
• 2.3.4 组分方程20
• 2.3.5 控制方程通式20-21
• 2.4 CFX软件理论基础21-23
• 2.4.1 CFX-TurboGrid模块22
• 2.4.2 ANSYS ICEM模块22
• 2.4.3 流体分析体系22-23
• 2.5 湍流模型23-26
• 2.5.1 SA(Spalart-Allmaras)模型23-24
• 2.5.2 标准k-ε模型24
• 2.5.3 剪切压力传输(SST)k-ω模型24-26
• 第三章 多级离心泵介绍及全流道模型建立26-38
• 3.1 多级离心泵概述26-27
• 3.1.1 多级离心泵结构特点介绍26
• 3.1.2 多级离心泵性能参数26-27
• 3.2 全流道模型建立27-32
• 3.2.1 某五级多级离心泵的结构参数27-28
• 3.2.2 吸入段内流体域三维建模28
• 3.2.3 叶轮内流体域的三维建模28-30
• 3.2.4 导叶及吐出段内流体域的模型30-32
• 3.2.5 多级离心泵整机流体的三维实体组装32
• 3.3 网格概述32-34
• 3.4 多级离心泵整体网格划分34-38
• 第四章 CFD计算及结果分析38-56
• 4.1 计算参数设置38-39
• 4.2 流场分析39-48
• 4.2.1 压力分布分析39-42
• 4.2.2 速度分布分析42-44
• 4.2.3 速度矢量分布分析44-48
• 4.3 整体水力性能预测与实验结果对比48-53
• 4.4 过流部件能量损失分析53-54
• 4.5 吐出段(压水室)对水泵性能的影响54-56
• 第五章 非理想如流条件过流部件对叶轮性能的影响56-60
• 5.1 吸入段对首级叶轮的影响56-57
• 5.2 径向导叶对后面叶轮性能的影响57-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 前景和展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：375676