混合式油气混输泵性能的数值分析

发布时间：2017-04-10 16:01

  本文关键词：混合式油气混输泵性能的数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为油气混输的核心设备,研究开发含气率适应范围大,可靠性高,性能良好的油气混输泵已成为现在研究的趋势。本文在本课题组自主研发设计的YQH-100型油气混输泵的基础上,用混流式叶轮替换轴流式油气混输泵末级叶轮形成一种混合式油气混输泵,以此探讨混流式叶轮对YQH-100型油气混输泵扬程和效率的影响以及比较此种方法的优劣。根据设计参数进行水力设计,设计出叶轮外径分别为212mm,222mm和232mm的三个混流式叶轮方案,并设计出相应的空间导叶和螺旋形压出室与其匹配。以最终得到的混合式油气混输泵为研究对象,对该泵求解域进行整机三维建模,并采用Mixture模型,选用标准k-ε湍流模型,速度压力耦合计算采用SIMPLEC算法对该泵进行全流场的数值模拟计算,探讨混合式油气混输泵的性能变化。本文主要的研究内容及结果如下:(1)在体积含气率为0,10%,30%,50%,70%时,对三种方案下的混合式油气混输泵进行全流场数值模拟计算。分析发现,从方案一到方案三随着末级混流式叶轮外径的依次增大,混合式油气混输泵的扬程和效率都得到明显的提高。对比三个方案发现,随着含气率的升高,方案一混合式油气混输泵的扬程和效率下降幅度较小;方案二混合式油气混输泵的扬程在含气率为0.3时下降较大,而且效率的减小也很明显;方案三混合式油气混输泵的扬程和效率的下降幅度最大,扬程下降的最大差值为5%,效率下降的最大差值为3.6%。(2)对三个方案流道内部的气相、压力、湍动能分布进行分析发现,混合式油气混输泵末级混流式叶轮叶片工作面和背面的压力分布都是从叶片的进口边到出口边不断增大,压力梯度明显,并且随着含气率的升高,叶片工作面和背面的压力梯度都减小。在不同的含气率下,混合式油气混输泵末级混流式叶轮内的气相分布基本上较均匀,但含气率为70%时,在混流式叶轮的出口处容易出现气液分离的现象。混合式油气混输泵末级混流式叶轮内湍动能的分布不随含气率的增大而发生变化,都是在叶片的进口边出现最大湍动能,但随着混流式叶轮外径的增大,湍动能的分布趋于不均匀。(3)以混流式叶轮直径为212mm的混合式油气混输泵为研究对象,通过对比混合式油气混输泵与原型泵二级轴流式叶轮内部流动特性,发现混合式油气混输泵叶轮内部的流动更加通畅,叶片表面的流速分布更加均匀。在高含气率时原型泵叶轮叶片背面出现明显的漩涡,而混合式油气混输泵叶轮叶片背面并无回流现象。(4)为研究混流式叶轮内部流动情况,分析混流式叶轮流道中间流面上的流速分布得出,在同一流量下,随着含气率升高,混流式叶轮中间流面上出现的漩涡不断增多。在同一含气率下,对比流道不同断面上的流速分布发现,靠近混流式叶轮进口边处过流断面上,流动更加紊乱,漩涡区域更加明显。随着含气率的增加,混流式叶轮流道同一过流断面上的漩涡区域明显减少,不同流量下随着含气率的增加,混流式叶轮同一过流断面上的漩涡区域明显减少。
【关键词】：混合式油气混输泵 轴流式叶轮 混流式叶轮 气液两相流 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】：2016
【分类号】：TE974
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 油气混输泵概述及其研究意义11
• 1.2 国内外研究现状综述11-13
• 1.2.1 国外研究现状综述11-12
• 1.2.2 国内研究现状综述12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 1.3.1 问题的提出13-14
• 1.3.2 本文研究目标14
• 1.3.3 本文研究内容及创新点14
• 1.4 本章小结14-16
• 第二章 混合式油气混输泵的设计及优化16-23
• 2.1 混流式叶轮的设计及优化16-17
• 2.1.1 设计参数16
• 2.1.2 设计的方法16-17
• 2.1.3 叶片绘型17
• 2.2 空间导叶的设计17-19
• 2.2.1 设计参数17-18
• 2.2.2 叶片绘型的方法18-19
• 2.3 压出室的设计及优化19-22
• 2.3.1 设计参数19
• 2.3.2 压出室绘型步骤19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 三维模型的建立与网格的划分23-32
• 3.1 建立模型23-26
• 3.1.1 计算区域模型的建立23-26
• 3.1.2 建模中需要注意的问题26
• 3.2 网格划分26-31
• 3.2.1 网格生成技术26-28
• 3.2.2 网格生成软件ICEM-CFD28-30
• 3.2.3 网格生成过程30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 数值模拟及气液两相流理论基础32-39
• 4.1 数值模拟的方法32
• 4.2 流动的基本控制方程32-35
• 4.2.1 惯性坐标系中的控制方程32-33
• 4.2.2 旋转坐标系中的控制方程33-35
• 4.3 多相流模型35-36
• 4.3.1 VOF模型35
• 4.3.2 混合模型35-36
• 4.3.3 欧拉模型36
• 4.4 湍流模型36-37
• 4.5 数值计算参数设置37-38
• 4.6 本章小结38-39
• 第五章 混流式不同叶轮外径时混合式油气混输泵数值计算结果分析对比39-52
• 5.1 混流式叶轮外径变化对油气混输泵外特性的影响39-40
• 5.2 性能预测及结果分析40-41
• 5.3 不同外径混流式叶轮的叶片压力分布41-46
• 5.3.1 不同外径混流式叶轮叶片工作面的压力分布41-44
• 5.3.2 不同外径混流式叶轮叶片背面的压力分布44-46
• 5.4 不同外径混流式叶轮内的气相分布46-48
• 5.5 不同外径混流式叶轮内的湍动能分布48-50
• 5.6 本章小结50-52
• 第六章 混合式油气混输泵末级混流式叶轮内部流动分析52-60
• 6.1 二级轴流式叶轮内部流动的对比分析52-53
• 6.2 变工况下混流式叶轮内涡量分析53-55
• 6.3 变工况下混流式叶轮内流速分析55-58
• 6.4 本章小结58-60
• 结论与展望60-62
• 1、主要内容和结论60-61
• 2、不足和展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录67

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