基于离心泵反转作液力透平径向力的研究

发布时间：2017-06-12 09:04

  本文关键词：基于离心泵反转作液力透平径向力的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液力透平能够回收高压液体的能量,将高压液体的能量转换为机械能,然后直接驱动泵、风机等工作机做功或者辅助电机做功。液力透平的主要形式之一是用泵反转作液力透平,它具有结构简单、运行稳定、成本低、产品种类众多等优点。无论是泵还是液力透平,都存在径向力的问题,本文通过数值模拟方法对液力透平的径向力进行研究,主要内容和结论如下： 1、选用比转速为23.1、41、46、55.7、84.5的五种低比转速泵反转作液力透平,利用CFD软件进行数值模拟试验。首先建立液力透平的三维模型、进行网格划分,然后进行透平内部流场模拟。对于每台液力透平,计算不同流量下的性能,找到最高效率点,然后分析最高效率点附近五个工况点的内部流场及其外特性、力特性。通过分析发现：液力透平的压头和输出功率都随着流量的增加而增大；相对于水泵设计流量Qn办而言,液力透平最高效率点时的流量比Qn要大,透平的高效区范围比泵工况要宽；随着比转速的增大,液力透平最高效率点时的流量Q与泵设计流量Qn的比值,有逐渐减小的趋势。 2、对液力透平模拟结果进行径向力的分析。首先,对五台液力透平的径向力模拟结果进行分析得到：径向力的大小随着流量的增加而增大；同一台液力透平的径向力的方向随流量不同在沿液流运动方向与隔舌成90°－150°夹角。再次,选择ns=84.5的模型,对泵工况和透平工况时的径向力进行对比得到：在相同流量下,透平工况时叶轮所受径向力比泵工况时要小；透平在Q=1.2Qn时效率最高,此时所受的径向力大于泵在设计流量Qn时的径向力。最后,选ns=41、55.7两台液力透平进行有、无导叶的数值模拟,结果发现：加导叶时,液力透平的径向力会变小,导叶能起到减小径向力的作用。 3、由扬程无因次系数和径向力的计算公式得出液力透平径向力的无因次系数κ=F/ρn2n2D23B2。根据模拟结果,对不同比转速的液力透平的径向力进行分析发现：随着流量的增加,液力透平的压头和径向力也逐渐增加；比转速较小时,径向力的无因次系数κ受流量的影响较小,受扬程的影响较大；随着比转速的增加,κ值受流量的影响逐渐增大,受压头的影响逐渐变小。 4、对于同一比转速的液力透平而言,在最高效率点附近,使用离心泵径向力的计算公式来计算液力透平的Kr值得到：Kr值随流量的增加而基本相等,偏向于逐渐减小的趋势,个别点除外；Kr值和流量变化的关系不大,Kr随比转速的变化还有待进一步的研究。
【关键词】：液力透平 径向力 离心泵 性能预测 数值模拟 无因次
【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7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的目的及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 本文的主要研究内容13
• 1.4 本章小结13-14
• 第2章 CFD流动理论14-22
• 2.1 数值分析基本概述14-15
• 2.2 CFD数值分析15-21
• 2.2.1 CFD数值分析步骤15
• 2.2.2 流动控制方程15-17
• 2.2.3 控制方程的离散化17-18
• 2.2.4 湍流模型理论18-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 液力透平的数值模拟22-31
• 3.1 液力透平三维实体模型的建立22-25
• 3.1.1 三维建模软件Pro/E22
• 3.1.2 叶轮实体建模22-23
• 3.1.3 蜗壳实体建模23-24
• 3.1.4 液力透平三维模型24-25
• 3.2 网格划分25-28
• 3.2.1 网格类型25-27
• 3.2.2 Fluent前处理软件Gambit简介27
• 3.2.3 网格的划分27-28
• 3.3 FLUENT数值模拟28-30
• 3.3.1 启动FLUENT求解器28
• 3.3.2 计算网格的读入28
• 3.3.3 统一单位和合并耦合面28-29
• 3.3.4 网格检查和光顺网格29
• 3.3.5 设置模型29
• 3.3.6 设置边界条件29-30
• 3.3.7 模型的求解与初始化30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 液力透平模拟结果及性能分析31-42
• 4.1 液力透平性能换算关系式31-32
• 4.2 数值模拟结果显示32-36
• 4.3 压力云图和速度矢量图36-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 液力透平径向力的分析42-60
• 5.1 径向力数学模型的计算方法42-43
• 5.1.1 压力合成法42
• 5.1.2 直接积分法42-43
• 5.2 径向力模拟结果的分析43-56
• 5.2.1 液力透平径向力的分析43-48
• 5.2.2 泵和液力透平径向力的比较48-53
• 5.2.3 导叶对液力透平径向力的影响53-56
• 5.3 径向力系数56-60
• 5.3.1 无因次系数K56-57
• 5.3.2 径向力系数K_r57-60
• 结论与展望60-62
• 1 结论60-61
• 2 存在的不足与展望61-62
• 参考文献62-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨军虎;袁亚飞;蒋云国;马文瑛;宋怀德;;离心泵反转作为能量回收透平的性能预测[J];兰州理工大学学报;2010年01期

2 鞠茂伟;常宇清;周一卉;;工业中液体压力能回收技术综述[J];节能技术;2005年06期

3 朱玉才,梁冰,张永利,薛强,苏荣华;离心泵无分离条件下叶片型线方程研究[J];机械工程学报;2003年03期

4 张淑佳;李贤华;朱保林;胡清波;;k-ε涡粘湍流模型用于离心泵数值模拟的适用性[J];机械工程学报;2009年04期

5 黄思;吴玉林;;离心泵内三维流场非对称性及泵受力的数值分析[J];流体机械;2006年02期

6 俞志君;王基;刘敏;;离心泵蜗壳参数化三维造型的研究[J];流体机械;2009年10期

7 王洋;何文俊;;基于Fluent的无过载离心泵改型设计[J];农业机械学报;2009年09期

8 刘甲凡;泵作水轮机运行的特性分析[J];农业机械学报;1997年03期

9 刘小兵;程良骏;;离心水泵用作水轮机时的特性分析及问题讨论[J];排灌机械;1993年03期

10 戴玉姝,王霄,蔡兰;离心泵叶轮扭曲叶片参数化实体造型方法探讨[J];排灌机械;2004年01期

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1 袁亚飞;基于离心泵的水力透平的流场分析及性能预测[D];兰州理工大学;2010年

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本文编号：443675