微型叶轮泵内流动结构的CFD数值模拟研究

发布时间：2017-06-04 18:00

  本文关键词：微型叶轮泵内流动结构的CFD数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微型叶轮泵在现代化的化工、医学、航空航天等领域中的应用越来越广泛,如血液输送、电子设备冷却等。然而,叶轮泵的外特性随着叶轮尺度减小,其性能变化不再按照相似规律变化,如泵流量、效率随尺度减小下降很快。泵这些外特性随叶轮尺度减小变化的规律、物理机理目前还不十分清楚,对于在微尺度下叶轮几何参数,如入口角、出口角、叶轮转速对泵性能的影响也没有系统的研究报告。为此,本论文的研究目的是探寻叶轮泵的外特性随尺度减小的变化规律及内在物理机理,进一步探讨小尺度叶轮几何参数对泵性能和内部流场的影响。 本论文首先对微型泵内的流动模型进行了简单的介绍,然后采用流体计算软件FLUENT对两个几何相似的微型泵的内部流场进行了数值模拟,模拟结果和文献提供的PIV实验结果对比,证明本文采用RNG κ-ε湍流模型可以较准确模拟微型叶轮泵内流动。 本文在保持模型泵其它参数不变的情况下,改变叶片出口角、叶片入口角、叶轮转速和直径,采用RNG κ-ε湍流模型对微型叶轮泵进行了稳态数值模拟研究,以泵效率和扬程最高为目标,优化了微型叶轮泵叶片进出口角两个几何参数。模拟结果表明：叶片出口角分别为72°、62°、52°、42°、32°、22°,入口角为85°时,泵最高效率点和最高扬程点均对应叶片出口角为52。。在此基础上,进一步计算发现其最高效率点和最高实际扬程点均在出口角为46.8°,与理论扬程的曲线拐点是同一个点。入口角分别为85°、75°、65°、55°、45°、35°、25°、15°,出口角为46.8°时,其扬程随着入口角的增大而增大。对叶轮叶片进出口角分别是85°和46.8°的叶轮进行了调速性能模拟,即改变叶轮转速分别为50rad/s、100rad/s、200rad/s、300rad/s、500rad/s、600rad/s、800rad/s,研究了微型叶轮泵外特性随着转速的变化规律,对传统离心泵的比例定律进行了一定的修正。改变叶轮的直径,分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm,在假设流量符合相似定律的前提下找出效率的变化规律,对比了实际扬程和理论扬程的关系,对泵的相似定律进行修正。
【关键词】：微型泵 流动结构 尺度效应
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH31
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 微型泵的研究背景和意义14-16
• 1.2 研究进展16-17
• 1.3 主要研究内容和目标17-20
• 第二章 微型叶轮泵的基本理论20-26
• 2.1 微型泵内流动模型20-23
• 2.1.1 连续介质模型20-22
• 2.1.2 分子动力学模型22
• 2.1.3 直接模拟蒙特卡罗模型22-23
• 2.1.4 波尔兹曼模型23
• 2.2 本章小结23-26
• 第三章 数值模拟及结果验证26-40
• 3.1 数值模拟方法26-29
• 3.1.1 计算流体力学的控制方程26-27
• 3.1.2 离散化方法27-28
• 3.1.3 湍流模式28-29
• 3.2 微型叶轮泵内流动模拟29-31
• 3.2.1 模型泵的实体建模和网格划分29-30
• 3.2.2 模型泵的内部流场模拟30-31
• 3.3 数值模拟结果和实验结果对比31-39
• 3.3.1 内部流态的对比31-35
• 3.3.2 进出口压力的对比35-37
• 3.3.3 模拟结果验证37-38
• 3.3.4 模拟结果分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 微型叶轮泵叶轮参数对性能的影响40-60
• 4.1 RNG~(κ-ε)模型的控制方程40
• 4.2 稳态流动时叶轮参数对微型泵外特性的影响40-60
• 4.2.1 叶片出口角对微型泵外特性的影响41-47
• 4.2.2 叶片入口角对微型泵性能的影响47-53
• 4.2.3 叶轮转速对微型泵外特性的影响53-56
• 4.2.4 叶片直径对微型泵外特性的影响56-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 作者及导师简介68-69
• 附件69-70

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本文编号：421685