含沙水流下双吸泵叶片磨损及蜗壳内压力脉动特性分析

发布时间：2017-08-11 07:13

  本文关键词：含沙水流下双吸泵叶片磨损及蜗壳内压力脉动特性分析

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【摘要】：由于一些沿黄泵站输送的均为含沙水流,因此按照输送清水介质设计的离心泵在实际工作环境中,不仅会造成过流部件的磨损,甚至穿孔,而且会加剧蜗壳内部的压力脉动,进而影响离心泵的稳定运行,产生振动和噪音,长此以往,不但会降低离心泵的效率,也会缩短离心泵的使用寿命,造成极大的经济损失。因此本文在通过对输送清水介质进行试验和数值模拟的基础上,又在固液两相介质下对双吸离心泵进行了数值模拟,主要研究叶轮叶片的磨损和蜗壳内部压力脉动特性。 本课题以S150-365型单级双吸离心泵为研究对象,采用Euler多相流模型和RNG k-ε湍流模型,并结合SIMPLEC算法,分别在清水和固液两相介质下,开展了该双吸离心泵全流道数值模拟,研究了在不同固相体积分数和不同颗粒直径下双吸离心泵叶片磨损程度和蜗壳内部各监测点压力脉动的变化情况。研究内容与取得的成果如下： 1、对模型泵进行了全流道定常数值模拟计算,并对其性能进行验证。 2、在叶片中间流线设置监测点,并在不同固相体积分数和不同颗粒直径下分别提取各监测点的固相相对速度和固相浓度数据,将得到的数据代入磨损量计算公式Wsp=ρCsWms中,由此计算出叶片各监测点磨损量,从而得出叶片工作面和背面的磨损程度。 3、对模型泵蜗壳各部位设置监测点,利用CFD技术对双吸离心泵在清水、固液两相介质下进行了全流道非定常数值计算,对蜗壳内压力脉动做了时域及频域分析,并将得到的结果进行对比,可以得出不同固相体积分数和不同颗粒直径对蜗壳内压力脉动的影响,以及在不同固相体积分数和不同颗粒直径下压力脉动的变化规律。 4、随着粒径和固相体积分数的增加,叶片背面的固相相对速度和固相浓度较工作面高,从前盖板到后盖板固相相对速度和固相浓度逐渐增高,叶轮磨损严重部位主要在叶片背面的中后部,尤其是出口处。 5、固液两相介质下的压力脉动远大于清水介质,且脉动波形滞后0.002s；随着固相体积分数的增大,蜗壳内部压力脉动逐渐增大,随着粒径的增大压力脉动有减小的趋势。蜗壳内的压力脉动主要以叶片通过频率为主,且在一倍叶频处压力脉动最大。
【关键词】：双吸离心泵 固液两相 磨损 压力脉动 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】：2014
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题名称及来源11
• 1.1.1 课题名称11
• 1.1.2 课题来源11
• 1.2 研究目的和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 压力脉动的研究现状12-13
• 1.3.2 固液两相研究现状13-14
• 1.4 研究内容14-16
• 第2章 固液两相及压力脉动理论研究16-24
• 2.1 多相流研究理论16-17
• 2.2 多相流模式17-18
• 2.3 多相流建模方法及选择18
• 2.4 多相流动的基本方程18-19
• 2.5 水力机械中的沙粒磨损19-21
• 2.5.1 磨粒磨损的分类19
• 2.5.2 磨损机理19-20
• 2.5.3 磨损预估模型20-21
• 2.6 动静干涉物理模型21-22
• 2.7 计算流体力学(CFD)在水力机械中的应用22-23
• 2.8 SIMPLE算法23
• 本章小结23-24
• 第3章 计算模型及网格划分24-29
• 3.1 计算模型24-25
• 3.1.1 模型参数24
• 3.1.2 三维模型24-25
• 3.1.3 边界条件设置25
• 3.2 网格划分25-28
• 3.2.1 网格的生成方法25-26
• 3.2.2 结构化网格26
• 3.2.3 非结构化网格26
• 3.2.4 混合网格26-27
• 3.2.5 计算域网格的划分27-28
• 本章小结28-29
• 第4章 模型泵叶片磨损特性分析29-39
• 4.1 性能预测29-30
• 4.2 计算结果分析30-38
• 4.2.1 固相体积分数对叶片磨损特性分析30-33
• 4.2.2 颗粒直径对叶片磨损特性分析33-35
• 4.2.3 叶片磨损量计算35-38
• 本章小结38-39
• 第5章 清水介质下模型泵蜗壳内压力脉动特性分析39-46
• 5.1 压力脉动监测点设置39-40
• 5.2 蜗壳内压力脉动特性分析40-44
• 5.2.1 不同工况下蜗壳周向压力脉动变化规律40-42
• 5.2.2 不同工况下蜗壳径向压力脉动变化规律42-43
• 5.2.3 不同工况下隔舌处压力脉动变化规律43-44
• 5.3 蜗壳内压力场变化分析44
• 本章小结44-46
• 第6章 固液两相流下蜗壳内压力脉动特性分析46-65
• 6.1 颗粒浓度对蜗壳压力脉动影响的时域分析46-49
• 6.1.1 颗粒浓度对蜗壳周向压力脉动的影响46-47
• 6.1.2 颗粒浓度对蜗壳径向压力脉动的影响47-48
• 6.1.3 颗粒浓度对蜗壳隔舌处压力脉动的影响48-49
• 6.2 颗粒浓度对蜗壳压力脉动影响的频域分析49-52
• 6.2.1 颗粒浓度对蜗壳周向压力脉动的影响49-50
• 6.2.2 颗粒浓度对蜗壳径向压力脉动的影响50-51
• 6.2.3 颗粒浓度对蜗壳隔舌处压力脉动的影响51-52
• 6.3 颗粒直径对蜗壳压力脉动影响的时域分析52-55
• 6.3.1 颗粒直径对蜗壳周向压力脉动的影响52-53
• 6.3.2 颗粒直径对蜗壳径向压力脉动的影响53-54
• 6.3.3 颗粒直径对隔舌处压力脉动的影响54-55
• 6.4 颗粒直径对蜗壳压力脉动影响的频域分析55-59
• 6.4.1 颗粒直径对蜗壳周向压力脉动的影响55-56
• 6.4.2 颗粒直径对蜗壳径向压力脉动的影响56-58
• 6.4.3 颗粒直径对隔舌处压力脉动的影响58-59
• 6.5 蜗壳内压力场变化分析59
• 6.6 固液两相流与清水介质数值模拟结果对比59-64
• 6.6.1 不同介质下蜗壳周向压力脉动时域分析59-61
• 6.6.2 不同介质下蜗壳径向压力脉动时域分析61-63
• 6.6.3 不同介质下隔舌处压力脉动时域分析63-64
• 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 附录A 攻读学位期间公开发表的论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：654797