旋喷泵流场分析及转子腔结构优化设计

发布时间：2017-07-30 09:24

  本文关键词：旋喷泵流场分析及转子腔结构优化设计

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【摘要】：本课题所研究的旋喷泵在结构性能及使用功能上同传统的泵有较大区别,结构上旋喷泵主要是有转子腔、集流管、叶轮三部分组成,旋喷泵是一种小流量、高扬程泵,其比转速小,约为5-30,相比其它传统离心泵,在同比转速下其效率要高10%～20%,在实际工业用途上,主要是利用其高压、小流量的特性进行喷射清理。我国对旋喷泵的研究相对较晚,研究内容相对较少,近几年我院杨军虎老师等人对旋喷泵的叶轮、集流管及内部流场进行分析研究,弥补了国内对这一块的认识空白,但是转子腔结构,很少有人研究,转子腔作为旋喷泵的主要部件之一,虽然它对泵体性能的影响不如集流管和叶轮对泵体性能影响大,但是转子腔是构成整个泵体的主要结构,对它进行分析、研究还是很有必要的。因此,对转子腔内部结构优化研究还是很有学术价值及实际使用价值的。 本课题使用CFD计算流体动力学软件FLUENT进行模拟计算,使用SIMPLE算法及标准k－ε方程模型,用PRO/E对泵体进行三维模型构造,用GAMBIT进行网格处理。对旋喷泵内部流场进行数值模拟,设计不同的转子腔结构进行模拟分析比较,得到如下结论： (1)对旋喷泵流场进行模拟计算,设计优化转子腔外壁结构,在转子腔外壁增加槽,对不同数量槽的泵体进行流场模拟计算,通过分析比较不同结构内部流场的速度、压力及湍动能,得出转子腔结构外壁形状结构对水力性能的积极影响。 (2)优化设计转子腔外壁结构,在壁面增加凸棱,模拟分析该结构类型与原结构类型对泵体性能的影响。增加凸棱,可以减小流体在转子腔中的停留面积,减小磨损,理论上,该结构对泵体性能会有较好的作用。 (3)减小转子腔结构的宽度,同样减小流体在转子腔中的停留面积,通过模拟分析比较,观察其对泵体性能的影响。
【关键词】：旋喷泵 CFD 转子腔 结构优化
【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】：TH38
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 引言9
• 1.2 旋转喷射泵的使用领域9-10
• 1.3 旋转喷射泵在国内国外的发展情况10-11
• 1.3.1 旋喷泵在国外的发展10-11
• 1.3.2 旋喷泵在国内的发展状况11
• 1.4 国内叶轮发展的状况11-12
• 1.5 国内转子腔和集流管发展状况12-13
• 1.6 本课题要做的工作13-14
• 第2章 旋喷泵的原理和设计14-21
• 2.1 旋喷泵的工作原理、设计方法及实际应用14-16
• 2.1.1 工作原理介绍14-15
• 2.1.2 旋转喷射泵主要特点介绍15-16
• 2.2 旋喷泵集流管的设计理论介绍16-21
• 2.2.1 集流管进口直径的设计17-18
• 2.2.2 集流管出口直径及扩散段长度的设计计算18
• 2.2.3 集流管扩散角的设计计算18-21
• 第3章 CFD模拟计算方法论述21-40
• 3.1 流体流动方程和流动模型介绍21-24
• 3.1.1 基本方程的介绍22-23
• 3.1.2 湍流模型的介绍23-24
• 3.2 双方程k－ε湍流模型介绍24-28
• 3.2.1 标准k－ε模型介绍24-25
• 3.2.2 RNGk－ε模型的介绍25-26
• 3.2.3 Realizablek－ε模型介绍26-27
• 3.2.4 使用k－ε模型解决近壁区计算问题介绍27-28
• 3.3 贴体坐标变换介绍28-32
• 3.3.1 贴体坐标系的认识28-30
• 3.3.2 控制方程变换介绍30-32
• 3.4 方程离散化介绍32-33
• 3.5 代数方程求解介绍33-34
• 3.6 SIMPLE算法介绍34-37
• 3.7 压力修正算法介绍37-40
• 第4章 旋喷泵流场数值模拟介绍40-54
• 4.1 实体模型建立和网格划分40-42
• 4.1.1 计算区域和计算方案的确定40
• 4.1.2 设计选用的模型40-42
• 4.2 旋喷泵模型生成网格介绍42-44
• 4.3 流场计算介绍44-48
• 4.3.1 导入网格并检查44-45
• 4.3.2 求解器的选择和模型的设置45-46
• 4.3.3 边界条件的定义46-47
• 4.3.4 检测器的设置与计算的开始47-48
• 4.4 模拟计算结果分析48-54
• 4.4.1 数值模拟结果与分析48
• 4.4.2 湍动能、速度及压力分布48-54
• 第五章 转子腔的主要分析研究54-67
• 5.1 转子腔外壁内表面加槽模型的设计54-58
• 5.1.1 加槽的模型设计54-55
• 5.1.2 流场内部数值模拟及分析比较55-58
• 5.1.3 小结58
• 5.2 转子腔边缘加凸槽模型的模拟分析58-61
• 5.2.1 加凸槽的模型设计58-59
• 5.2.2 转子腔外缘加凸槽模型的模拟计算59-60
• 5.2.3 小结60-61
• 5.3 转子腔减小宽度模型的模拟分析61-63
• 5.3.1 转子腔外轴向长度减小的模型的模拟计算61-62
• 5.3.2 小结62-63
• 5.4 综合因素结构优化模型63-65
• 5.4.1 综合因素结构优化模型设计63
• 5.4.2 模型数值分析及对比63-64
• 5.4.3 小结64-65
• 5.5 集流管第一喉部截面变化分析65-67
• 结论67-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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10 刘宜;宋怀德;陈建新;李永乐;;旋喷泵集流管进口形状对水力性能的影响[J];排灌机械;2009年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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2 宋怀德;旋喷泵内部流场数值分析及其集流管的设计[D];兰州理工大学;2010年

本文编号：593544