轮毂比对高比转速潜水贯流泵水力性能的影响

发布时间：2020-07-04 06:20

【摘要】：潜水贯流泵是将潜水电机和贯流泵技术相结合的一种新型泵,具有低扬程、大流量的特点,其结构紧凑,流道总水力损失较小,近几年潜水贯流泵在农田灌溉、给排水调水和市政工程等方面得到了广泛的应用。由于最近降水的不均匀,对潜水贯流泵的安全可靠性产生了极大的考验,因此对高比转速潜水贯流泵水力性能的深入研究,探讨潜水贯流泵稳定运行范围,提高过流部件的可替换性,提高其水力效率,具有重要现实意义。本文的主要研究工作及成果如下:1.简要阐述了贯流泵叶轮流线法设计步骤,三维建模,并对n_s=1000模型计算域进行了网格划分以及网格无关性验证,基于N-S基本控制方程和标准k-ε湍流模型进行三维定常数值计算,并分析外特性规律和内流场流动特性。2.设计了外特性试验方案,购买试验器材,搭建试验台,开展了外特性试验,统计贯流泵的外特性试验数据。该数据与数值计算结果进行对比分析,两者吻合度较高,表明CFD数值模拟计算具有准确性和可参考性。3.通过解决原始模型实际扬程偏低的问题,提出了圆周分速度修正系数,进而实现模型的优化设计。针对n_s=1000的贯流泵,最佳圆周分速度修正系数以1.4为基准,同时采用变环量设计,减小轮毂处的环量,增大轮缘处的环量。4.设计5种轮毂比方案,分别计算出不同轮毂比下叶轮主要的设计参数。对5种轮毂比3种流量工况下的n_s=1000潜水贯流泵模型进行数值计算,分析外特性结果,并研究了设计工况下的内流场规律,确定n_s=1000贯流泵的适当轮毂比为0.4和0.38。5.对n_s=1250和n_s=1600贯流泵选取最佳圆周分速度修正系数分别以1.4和1.3为基准,计算叶轮主要的设计参数并数值模拟分析,确定n_s=1250模型的适当轮毂比为0.36和0.38;确定n_s=1600模型的适当轮毂比为0.36。6.统计分析了n_s=1000、1250和1600三种高比转速潜水贯流泵水力性能,发现:轮毂比大,高效区间较窄,高效区范围向小流量区偏移;轮毂比越大,扬程性能曲线斜率越大,而设计工况下,5组轮毂比扬程性能曲线基本重合,效率点相差不大。减小贯流泵的轮毂比,可以增大过流面积,从而提高了贯流泵运行效率,但当轮毂比过分减小时,会增大叶片的扭曲度,造成叶轮内液体流动紊乱,导致贯流泵效率下降。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV136.2
【图文】：

轮毂比,水力性能,导叶,流线

叶轮及导叶课题主要研究方向及内容CFD 数值模拟实验研究对比分析流线法设计三维造型及网格划分外特性试验模型优化设计设计参数ns=1000 模型不同轮毂比的水力性能分析ns=1250,1600 模型不同轮毂比的水力性能分析1. 叶轮及导叶均采用流线法设计，建立 CFD 的三维水域模型并流场分析，

网格,类型

STAR-CCM+是新型 CFD 流体仿真软件平台。把先进的连续流体力学算法与代软件工程技术特色相结合，拥有高度的可靠性和出色的性能，已经成为现代体力学分析强有力的工具。STAR-CCM+被广泛应用于旋转机械设计和性能预测的各个方面，可靠性强、计周期短、费用低。相比较其它流体仿真软件，该软件前处理简单快捷，参数置界面简洁，计算速度快，精度较高，工程应用范围较大[55]。在一体化工作面中可以轻松实现模型导入、网格划分（面网格和体网格）、模型参数设定、值计算求解以及后处理分析等过程，十分简单方便高效[56]。工作界面简洁清，能够更好地满足用户的操作需求。网格划分.1 网格类型网格划分是 STAR-CCM+模拟计算中重要的过程。网格质量的好坏决定着数模拟结果的准确程度，选取合适的网格类型至关重要。目前，网格类型主要有面体网格、六面体网格以及四面体网格，如图 2.2 所示：

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