离心泵内部流动空化特性数值模拟与分析

发布时间：2017-08-12 14:25

  本文关键词：离心泵内部流动空化特性数值模拟与分析

  更多相关文章： 离心泵 内部流动 空化 数值模拟

【摘要】：离心泵是流体机械中使用频率最高的一种泵型,在关乎国民经济的各个重要部门,如能源,交通,农业等和日常生活各领域都应用极为广泛,并且伴随离心泵技术亦发展,其应用和影响亦越大。空化是一种气液两相间存在质量交换的非定常可压缩湍流流动现象,它是影响泵性能和效率的主要因素。而离心泵效率的提高无疑会减少社会能源需求的压力,符合当今社会倡导节能,减排的主题。因此,实现离心泵内部空化流动数值模拟和分析,提高离心泵的性能和效率,进而节约能源消耗,有着重要意义。本文采用当前通用的三维建模软件UG NX和流体仿真软件ANSYS围绕离心泵建模、空化数值模拟开展了以下主要研究及获得主要结论有:1、对离心泵叶轮进行了三维造型和全流道四面体非结构网格的生成及划分。2、基于ANSYS-CFX,对离心泵不同流量工况下(0.8Q,1.0Q,1.2Q)内部气液两相流场的空化特性进行数值计算,选用RNG k-ε湍流模型考虑湍流影响,采用均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程考虑空泡影响,并在计算中对各种有效空化余量的叶片表面空化发展和空泡体积分数分布进行分析,结果显示叶片表面空化发展的位置和空泡体积分布能定性的反应离心泵内空化流动发生和发展的过程。即:空化的初生最早出现于叶片背面进口边附近处,且伴随压力的降低,空化向叶片中部发展,空泡分布区域亦随着空化的进行不断扩大,当空化严重时,空泡几乎占据整个叶片表面,空泡阻塞流道,破坏液流连续性,最终造成泵的性能下降、扬程降低、发生空蚀。3、空化发生的位置与低压区相对应,但空泡体积分数最高点相比压力最低点在叶片进口稍微靠后。4、利用后处理软件CFX-Post,计算得到泵的扬程、扭矩、效率等特性参数,作出空化特性曲线,扬程、效率—出口压力曲线,将得到的结果与实验值相比较(在设计工况下),验证CFX空化数值模拟的准确性。
【关键词】：离心泵 内部流动 空化 数值模拟
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV136.2;TH311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究背景及意义8-10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.3.1 空化的类型11-12
• 1.3.2 空化的危害12-13
• 1.4 本课题研究内容和实施方案13-15
• 2 空化计算模型15-21
• 2.1 计算流动动力学（CFD）的发展和特点15-16
• 2.2 计算流体动力学的应用16
• 2.3 空化控制方程16-18
• 2.3.1 空泡运动方程16-17
• 2.3.2 离心泵内部空化流动的控制方程17
• 2.3.3 空化两相数学模型17-18
• 2.3.3.1 VOF模型18
• 2.3.3.2 混合模型(Mixture Model)18
• 2.4 空化两相湍流模型18-21
• 2.4.1 k-ε模型19
• 2.4.2 RNG k-ε模型19-20
• 2.4.3 k-ω模型20
• 2.4.4 SST(Shear Stress Transport)模型20-21
• 3 泵空化流动数值模拟21-29
• 3.1 离心泵全流道的三维几何建模21-22
• 3.2 网格划分22-25
• 3.2.1 ANSYS ICEM划分网格22-25
• 3.3 边界条件25-26
• 3.3.1 进口边界条件25
• 3.3.2 出口边界条件25
• 3.3.3 壁面边界条件25
• 3.3.4 交界面设置25-26
• 3.4 计算方法26-28
• 3.5 定义求解28-29
• 4 泵空化数值计算结果及分析29-47
• 4.1 设计流量（1.0Q）工况下计算结果与分析29-36
• 4.2 小流量（0.8Q）工况下计算结果与分析36-41
• 4.3 大流量（1.2Q）工况下计算结果与分析41-47
• 5 结论与展望47-48
• 5.1 结论47
• 5.2 展望47-48
• 参考文献48-51
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况51-52
• 致谢52-53

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 倪汉根,黄建波,徐福生;绕流体初生空化数的概率估计[J];水利学报;1986年10期

2 许卫新,程贯一,潘森森;空化起始的理论预测——模糊空化系统[J];力学学报;1987年06期

3 吴建华;柴恭纯;;垂直汇流漩涡空化的声测研究[J];水利水运科学研究;1989年03期

4 贺成龙;吴建华;刘文莉;;空化应用研究进展综述[J];嘉兴学院学报;2008年03期

5 潘森森;空化机理的近代研究[J];力学进展;1979年04期

6 肖天铎;深水缓坡突体和升台的初生空化数显解式[J];水利学报;1985年08期

7 夏维洪,孙景琴,贾春英;减压模型的初生空化相似律[J];水利学报;1985年09期

8 杨志明,李炜;关于消失空化的机理[J];水动力学研究与进展;1987年04期

9 郑国华 ,黄炽元;计入水流阻力的等空化数曲线计算[J];石河子农学院学报;1989年02期

10 彭晓星,王力,潘森森;水中空气含量对旋涡空化的影响[J];水动力学研究与进展;1989年04期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 张伟;张瑞平;陈建业;熊炜;张小斌;邱利民;;基于动态空化模型绕数值研究扭曲三维翼型的非稳态空化过程[A];第二十五届全国水动力学研讨会暨第十二届全国水动力学学术会议文集（下册）[C];2013年

2 彭晓星;洪方文;;25~(th)ITTC空化专家委员会报告综述[A];2008年船舶水动力学学术会议暨中国船舶学术界进入ITTC30周年纪念会论文集[C];2008年

3 曹彦涛;彭晓星;徐良浩;;绕三维扭曲水翼云空化演化数值模拟[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——F船舶与海洋工程流体力学[C];2014年

4 洪方文;褚学森;彭晓星;颜开;刘登成;陈玮琪;;中国船舶科学研究中心近期空化流动研究进展[A];第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会文集（上册）[C];2012年

5 易灿;李根生;张定国;;围压下喷嘴空化起始能力的实验研究[A];第十八届全国水动力学研讨会文集[C];2004年

6 杨庆;张建民;戴光清;李鹏;;高速突扩流空化初生及比尺效应试验研究[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年

7 彭晓星;;发展空化及其不稳定现象研究[A];第二十五届全国水动力学研讨会暨第十二届全国水动力学学术会议文集（上册）[C];2013年

8 陈笑然;阎兆立;陈杰;程晓斌;李晓东;;水泵空化的超声主动探测方法[A];泛在信息社会中的声学——中国声学学会2010年全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王健;水力装置空化空蚀数值计算与试验研究[D];江苏大学;2015年

2 杨庆;空化初生机理及比尺效应研究[D];四川大学;2005年

3 王柏秋;水下高速航行体非定常空化流场数值计算[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 李晓俊;离心泵叶片前缘空化非定常流动机理及动力学特性研究[D];江苏大学;2013年

5 杨静;混流式水轮机尾水管空化流场研究[D];中国农业大学;2013年

6 郭关柱;强剪切流变仪的研制及剪切空化的实验研究[D];浙江大学;2008年

7 王勇;离心泵空化及其诱导振动噪声研究[D];江苏大学;2011年

8 杜学文;液压阀口空化机理及对系统的影响[D];浙江大学;2008年

9 李忠;轴流泵内部空化流动的研究[D];江苏大学;2011年

10 薛梅新;加力燃油泵隔舌空化机理及抑制方法研究[D];清华大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 黄旭;表面特性对绕水翼空化流动影响的研究[D];北京理工大学;2015年

2 冉文q，

本文编号：662058