基于关键参数的泵装置流道设计及软件开发
发布时间：2020-09-19 22:42
进、出水流道在泵装置中起重要作用,对于有特定叶轮与导叶的泵装置,进水流道与出水流道决定了泵装置性能,工程实际中流道性能常常难以达到设计要求。现阶段,泵装置流道依赖专业人员设计,现有的泵装置流道设计软件多采用一维设计方法,输入的参数多而复杂,参数取值需根据实际工程经验,不能保证设计后的泵装置性能,软件实用性有待提高,而现有的流道绘制软件绘制的工程图仍不足以满足实际需要。本文主要研究立式轴流泵装置进出水流道的关键参数,开发出基于关键参数的流道设计绘图软件。进水流道的关键参数包括进水流道喉部断面高宽比、弯管段进出口面积比和进水弯管沿程断面积变化关系;出水流道的关键参数包括出水流道弯管出口高度、水平扩散角和出水弯管沿程断面积变化关系。通过数值模拟计算,分析对比了各方案进水流道出口断面的流速均匀度、加权速度平均角度、进出水流道水力损失、出水流道动能回收率、出水流道典型截面平均涡量以及对泵装置性能的影响,确定了关键参数的推荐值。确定进水流道喉部断面高宽比推荐值为0.4～0.6之间,此值过大会导致叶轮进口的水流入角较大,此值过小会增大水力损失;弯管段进、出口面积比推荐值为1.8左右,过大或过小都会增加进水流道的水力损失。进水流道弯管段沿程面积规律以凹函数为较佳。确定出水流道出口高度范围推荐值为(0.8～0.9)D0,此值过大导致弯管段与直管段衔接处有旋涡区,此值过小则影响出水流道动能回收能力,增大直管段中的平均涡量;弯管水平扩散角推荐值为8°左右,取此值时的出水流道水力损失较小,直管段涡量较小。出水流道弯管段沿程面积规律以凹函数变化为最佳。发现出水流道直管段在纵向扩散易导致流态紊乱,增大水力损失。根据上述研究的结果,以计算机编程语言MATLAB和绘图软件AutoCAD为平台,应用MATLAB和AutoCAD的接口功能,开发出了一款泵装置流道设计软件,该软件具有流道设计和输出工程图纸的功能。软件的结构分为输入模块、计算模块、绘图模块和输出模块。对应用该软件设计的流道装置模型进行数值模拟计算的验证,设计工况时的泵装置效率达到78.39%,证明该软件可满足工程应用的要求,其流道设计美观实用,内部流态分布均匀,以期该软件对实际泵装置进、出水流道设计有所帮助。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV675
【部分图文】：
９逡逑管。逡逑图２－１为泵装置三维模型示意图，水流方向为由Ｘ轴负方向向Ｘ轴正方向；图２－２为逡逑水泵体三维模型示意图。逡逑Ｚ逡逑出水池Ｙ＇－＾ｌ一＂－ｘ逡逑出水流道逡逑进水流道逦０逦Ｊ一＾逡逑前池逡逑逦＋水流方向逡逑图２－１泵装置模型示意图逡逑＾逦｜邋Ｌｒ．ｉ逡逑？ｆ１逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２－２水栗体模型示意图（ａ．叶轮ｂ．导叶）逡逑２．３模型网格划分逡逑叶轮及导叶网格采用ＴｕｒｏｂｏＧｒｉｄ进行建模和网格划分，叶轮模型为Ｈ／Ｊ／Ｌ－Ｇｒｉｄ拓扑结逡逑构，导叶模型为ＡＴＭ邋ａｕｔｏｍａｔｉｃ拓扑结构；其他部件均采用ＡＮＳＹＳ邋ＩＣＥＭ邋ＣＴＯ软件划分逡逑六面体结构化网格。逡逑在满足计算精确度的前提下，为了节约数值模拟计算的时间，本文进行了网格无关性逡逑验证来确定合适的网格数量。计算结果保证收敛精度计算残差为１（Ｔ４，各网格数方案计算逡逑
９逡逑管。逡逑图２－１为泵装置三维模型示意图，水流方向为由Ｘ轴负方向向Ｘ轴正方向；图２－２为逡逑水泵体三维模型示意图。逡逑Ｚ逡逑出水池Ｙ＇－＾ｌ一＂－ｘ逡逑出水流道逡逑进水流道逦０逦Ｊ一＾逡逑前池逡逑逦＋水流方向逡逑图２－１泵装置模型示意图逡逑＾逦｜邋Ｌｒ．ｉ逡逑？ｆ１逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２－２水栗体模型示意图（ａ．叶轮ｂ．导叶）逡逑２．３模型网格划分逡逑叶轮及导叶网格采用ＴｕｒｏｂｏＧｒｉｄ进行建模和网格划分，叶轮模型为Ｈ／Ｊ／Ｌ－Ｇｒｉｄ拓扑结逡逑构，导叶模型为ＡＴＭ邋ａｕｔｏｍａｔｉｃ拓扑结构；其他部件均采用ＡＮＳＹＳ邋ＩＣＥＭ邋ＣＴＯ软件划分逡逑六面体结构化网格。逡逑在满足计算精确度的前提下，为了节约数值模拟计算的时间，本文进行了网格无关性逡逑验证来确定合适的网格数量。计算结果保证收敛精度计算残差为１（Ｔ４，各网格数方案计算逡逑
逡逑结果与网格数最多的结果误差百分比值如图２－３所示。以扬程作为衡量标准，进、出水流逡逑道的计算误差与网格数的关系趋势相同：当流道网格总数大于６０万后，若继续增大网格逡逑数，误差在１（Ｔ３以内，可认为是计算结果趋于稳定，不随网格数量X椉佣谋洌绰阃义细裎薰匦砸蟆Ｒ虼耍疚闹腥〗鏊鞯劳袷冢福巴蜃笥摇Ｑ锍涛蟛罴扑愎轿义希粒瑁翦义希粒瑁驽澹藉澹蓿澹保埃埃ュ义掀渲校好矗课锍涛蟛睿ィ诲澹芪运悴煌袷钡难锍蹋恚诲澹椋晃袷疃嗟姆藉义习傅难锍蹋怼ｅ义希埃保埃ュ澹蝈义希埃保埃ュ濉鲥危蕖鲥义虾埃常埃ュ澹咤巍义希掊澹埃担埃ュ澹垮危剩簟义下牵埃罚埃ュ濉鲥巍俊鏊鞯厘义希埃梗埃ュ濉鲥澹慑巍鼋鞯厘义希保保埃ュ澹澹义希保常埃ュ濉鲥澹殄义希保担埃ュ邋危у危卞危у危危垮义希板危玻埃埃埃埃板危矗埃埃埃埃板危叮埃埃埃埃板危福埃埃埃埃板危保埃埃埃埃埃板义贤袷义贤迹玻惩裎薰匦匝橹ゅ义先缤迹玻此荆⒊鏊鞯赖炔考Ｖね竦淖钚∧诮谴笥冢保
本文编号：2823087
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV675
【部分图文】：
９逡逑管。逡逑图２－１为泵装置三维模型示意图，水流方向为由Ｘ轴负方向向Ｘ轴正方向；图２－２为逡逑水泵体三维模型示意图。逡逑Ｚ逡逑出水池Ｙ＇－＾ｌ一＂－ｘ逡逑出水流道逡逑进水流道逦０逦Ｊ一＾逡逑前池逡逑逦＋水流方向逡逑图２－１泵装置模型示意图逡逑＾逦｜邋Ｌｒ．ｉ逡逑？ｆ１逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２－２水栗体模型示意图（ａ．叶轮ｂ．导叶）逡逑２．３模型网格划分逡逑叶轮及导叶网格采用ＴｕｒｏｂｏＧｒｉｄ进行建模和网格划分，叶轮模型为Ｈ／Ｊ／Ｌ－Ｇｒｉｄ拓扑结逡逑构，导叶模型为ＡＴＭ邋ａｕｔｏｍａｔｉｃ拓扑结构；其他部件均采用ＡＮＳＹＳ邋ＩＣＥＭ邋ＣＴＯ软件划分逡逑六面体结构化网格。逡逑在满足计算精确度的前提下，为了节约数值模拟计算的时间，本文进行了网格无关性逡逑验证来确定合适的网格数量。计算结果保证收敛精度计算残差为１（Ｔ４，各网格数方案计算逡逑
９逡逑管。逡逑图２－１为泵装置三维模型示意图，水流方向为由Ｘ轴负方向向Ｘ轴正方向；图２－２为逡逑水泵体三维模型示意图。逡逑Ｚ逡逑出水池Ｙ＇－＾ｌ一＂－ｘ逡逑出水流道逡逑进水流道逦０逦Ｊ一＾逡逑前池逡逑逦＋水流方向逡逑图２－１泵装置模型示意图逡逑＾逦｜邋Ｌｒ．ｉ逡逑？ｆ１逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２－２水栗体模型示意图（ａ．叶轮ｂ．导叶）逡逑２．３模型网格划分逡逑叶轮及导叶网格采用ＴｕｒｏｂｏＧｒｉｄ进行建模和网格划分，叶轮模型为Ｈ／Ｊ／Ｌ－Ｇｒｉｄ拓扑结逡逑构，导叶模型为ＡＴＭ邋ａｕｔｏｍａｔｉｃ拓扑结构；其他部件均采用ＡＮＳＹＳ邋ＩＣＥＭ邋ＣＴＯ软件划分逡逑六面体结构化网格。逡逑在满足计算精确度的前提下，为了节约数值模拟计算的时间，本文进行了网格无关性逡逑验证来确定合适的网格数量。计算结果保证收敛精度计算残差为１（Ｔ４，各网格数方案计算逡逑
逡逑结果与网格数最多的结果误差百分比值如图２－３所示。以扬程作为衡量标准，进、出水流逡逑道的计算误差与网格数的关系趋势相同：当流道网格总数大于６０万后，若继续增大网格逡逑数，误差在１（Ｔ３以内，可认为是计算结果趋于稳定，不随网格数量X椉佣谋洌绰阃义细裎薰匦砸蟆Ｒ虼耍疚闹腥〗鏊鞯劳袷冢福巴蜃笥摇Ｑ锍涛蟛罴扑愎轿义希粒瑁翦义希粒瑁驽澹藉澹蓿澹保埃埃ュ义掀渲校好矗课锍涛蟛睿ィ诲澹芪运悴煌袷钡难锍蹋恚诲澹椋晃袷疃嗟姆藉义习傅难锍蹋怼ｅ义希埃保埃ュ澹蝈义希埃保埃ュ濉鲥危蕖鲥义虾埃常埃ュ澹咤巍义希掊澹埃担埃ュ澹垮危剩簟义下牵埃罚埃ュ濉鲥巍俊鏊鞯厘义希埃梗埃ュ濉鲥澹慑巍鼋鞯厘义希保保埃ュ澹澹义希保常埃ュ濉鲥澹殄义希保担埃ュ邋危у危卞危у危危垮义希板危玻埃埃埃埃板危矗埃埃埃埃板危叮埃埃埃埃板危福埃埃埃埃板危保埃埃埃埃埃板义贤袷义贤迹玻惩裎薰匦匝橹ゅ义先缤迹玻此荆⒊鏊鞯赖炔考Ｖね竦淖钚∧诮谴笥冢保
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