后导叶可调贯流泵内流数值分析与性能预测

发布时间：2017-05-13 12:17

  本文关键词：后导叶可调贯流泵内流数值分析与性能预测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：贯流泵广泛应用于大流量低扬程泵站,因其优越的过流能力大、效率高等优点,在南水北调东线工程中,就有五座新建泵站采用了贯流泵装置结构型式。进一步提高贯流泵效率,改善非设计工况下的水力性能已成为众多专家学者的研究重心。导叶是贯流泵的核心部件,其主要作用是扩散水流,降低流速,回收能量。由于常规导叶片是固定不变的,在非设计工况下运行时,导叶回收环量效果较差,进而增加水力损失,降低贯流泵效率。因此,开展后导叶可调贯流泵内流分析和性能预测的研究,对于减少能源消耗、提高贯流泵效率、推动泵站科技创新和技术进步有十分重要的理论指导意义和工程应用价值。本文运用ANSYS软件中的DM、TurboGrid和ICEM CFD模块对贯流泵(进水管、叶轮、导叶、出水管)进行实体建模以及网格剖分。在此基础上,选用标准k-ε模型和RANS方程,将模型网格导入CFX软件中进行前处理、三维湍流数值分析以及后处理,并对模拟结果加以分析与研究。首先对5种不同网格数的贯流泵模型进行了模拟计算,进行网格的无关性分析,选择数值分析网格数量,以保证其对贯流泵性能计算结果无影响。针对贯流泵可调叶轮与可调导叶,分析了它们的调节机理,提出了简单可行的齿轮驱动的机械式导叶调节机构。在简要分析贯流泵导叶固定不可调时,叶轮内部流场及贯流泵外特性的基础上,论文重点分析了后导叶可调贯流泵对应于不同叶轮叶片安放角、在不同导叶片安放角度下的内部流态、能量性能、导叶体水力损失及出口断面回收环量等情况,并与相同工况下后导叶不可调的贯流泵性能进行比较,深入探讨了导叶片安放角对贯流泵水力性能的影响。计算结果表明,后导叶可调贯流泵具有良好的水力性能,通过调节导叶片安放角,在偏离设计工况下运行时,导叶体水力损失较小,能有效提高贯流泵的效率。在小流量工况下,随着导叶片安放角向负角度方向调节,贯流泵水力性能逐渐变好；在大流量工况下,随着导叶片安放角向正角度方向调节,贯流泵水力性能得到改善的效果更加明显。
【关键词】：贯流泵 可调后导叶 导叶片安放角 性能预测 数值模拟
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV136.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 符号说明10-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 贯流泵的研究现状及趋势13-16
• 1.2.1 贯流泵在国内外的应用情况13-14
• 1.2.2 对于后导叶的研究14-16
• 1.3 贯流泵内部流动数值模拟研究16-17
• 1.4 本文主要的研究内容17-18
• 2 三维湍流数值模拟基本理论18-27
• 2.1 控制方程及其离散化18-20
• 2.1.1 连续性方程18-19
• 2.1.2 动量方程19
• 2.1.3 控制方程离散化19-20
• 2.2 湍流数值模拟方法20-21
• 2.2.1 直接模拟方法(Direct Numerical Simulation,DNS)20-21
• 2.2.2 大涡模拟方法(Large Eddy Simulation,LES)21
• 2.2.3. 雷诺时均模拟法(RANS)21
• 2.3 湍流模型21-23
• 2.3.1 标准k-ε模型21-22
• 2.3.2 RNG k-ε模型22
• 2.3.3 SST k-ω模型22-23
• 2.4 数值模拟软件23-25
• 2.5 网格划分25
• 2.6 边界条件的设置25-27
• 2.6.1 进口边界条件25
• 2.6.2 出口边界条件25
• 2.6.3 壁面边界条件25-26
• 2.6.4 交界面设置26-27
• 3 贯流泵三维建模及网格无关性检查27-35
• 3.1 几何建模及网格划分27-31
• 3.1.1 结构参数27
• 3.1.2 贯流泵建型及划分网格27-31
• 3.2 计算求解31-33
• 3.2.1 交界面设置31
• 3.2.2 设置求解参数31-32
• 3.2.3 设置边界条件32
• 3.2.4 求解计算32-33
• 3.3 网格的无关性检查33-35
• 4 叶片调节机理及贯流泵性能分析35-48
• 4.1 叶片调节机理35-38
• 4.1.1 叶轮叶片调节原理35
• 4.1.2 导叶片可调节原理35-36
• 4.1.3 导叶片调节机构36-38
• 4.2 贯流泵数值计算模型建立及网格划分38-40
• 4.3 贯流泵水力性能分析40-48
• 4.3.1 贯流泵内流场分析40-42
• 4.3.2 不同叶片安放角下叶轮内流分析42-46
• 4.3.3 贯流泵水力性能分析46-48
• 5 后导叶可调对贯流泵性能影响的数值分析48-74
• 5.1 后导叶可调与不可调时贯流泵性能比较48-57
• 5.1.1 叶轮流场和叶片表面压力比较48-50
• 5.1.2 导叶体水力性能比较50-55
• 5.1.3 贯流泵外特性比较55-57
• 5.2 可调后导叶对贯流泵外特性影响57-64
• 5.2.1 叶片安放角为0°时导叶片安放角对贯流泵外特性影响57-59
• 5.2.2 叶片安放角为-2°时导叶片安放角对贯流泵外特性影响59-61
• 5.2.3 叶片安放角为+2°时导叶片安放角对贯流泵外特性影响61-64
• 5.3 可调后置导叶内流场分析64-74
• 5.3.1 不同叶片安放角下导叶内流场分析64-68
• 5.3.2 不同导叶片安放角对贯流泵性能影响68-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士期间发表的论文与参加的项目79-80
• 致谢80-81

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本文编号：362536