立式轴流泵进水偏转的数值模拟与V3V测试

发布时间：2017-08-31 16:22

  本文关键词：立式轴流泵进水偏转的数值模拟与V3V测试

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【摘要】：立式轴流泵作为一种成熟的泵型已在数百座大型泵站中得到了广泛应用。立式轴流泵装置具有运行稳定、可靠性高、安装检修方便和投资省、维护费用少等优点,并且在设计、制造及运行、管理等方面已积累了丰富的经验。轴流泵叶轮进口水流流态对大型低扬程泵站的安全、稳定和高效运行具有很大影响。侧向进水等非对称布置进口形式,会引起水泵进口水流偏转和喇叭管内产生回流及旋涡等不良流态,改变水泵的进水条件,恶化水泵的能量特性和汽蚀特性。过去对轴流泵装置进口水流偏流问题已经做了一些研究,但研究并不深入,或研究手段单一,并不能很好地揭示轴流泵进口旋涡的产生机理及发展规律。对轴流泵进水部分流态的深入研究不仅具有重要理论意义,同时也具有一定的实用价值。本文采用数值模拟结合实验研究手段对立式轴流泵装置进口水流流动特性进行研究,特别是针对对喇叭管内部旋涡的产生机理及发展规律进行分析。首先,对轴流泵装置进行数值模拟计算,对计算结果进行分析比较不同的进水条件下泵装置内部流动特性,重点分析喇叭管内部水流流动特性。然后以轴流泵试验台为基础,对该泵装置进行性能预测和试验验证。并采用国际先进的V3V非接触性体三维测量技术对轴流泵装置进口喇叭管内部区域进行流场测量,并将测量结果与数值计算分析得出结果进行对比分析。根据性能预测结果,无偏转进水条件下进水流态较好,装置效率最高,达到74.57%,正向偏转进水条件与逆向偏转进水条件下进水流态较差,装置效率略低,分别为73.39%和73.66%；该立式轴流泵装置的最高效率为74.57%,此时流量为32L/s,扬程2.21m；根据外特性试验结果,该立式轴流泵装置最高效率约为74.51%,此时流量为33.49L/s,扬程为2.12m。数值计算与试验测得数据接近。无偏转进水条件下水流由进口平顺地流向喇叭管方向,在进水池内有两处明显沿水流方向即沿进水池中轴线对称的回流区域。有偏转进水条件下在运行工况范围内会在进水池内产生表面旋涡,在喇叭管下方位置产生附底涡,在进水池后壁处产生附壁涡。表面旋涡随水流延伸至叶轮室,对水泵运行产生不利影响。随流量的增大,喇叭管附近的表面涡逐渐延伸至喇叭管内部与喇叭管内的附底涡汇合增强旋涡,随水流流入叶轮室,引起机组振动,降低泵装置效率。无偏转进水条件下的轴向速度分布均匀度和速度加权平均角明显优于有偏转进水条件,无偏转进水条件下的水流流态优于有偏转进水条件下的水流流态,带有切向分速度的水流流入叶轮室,会对水泵运行产生不利影响；有偏转进水条件下喇叭管内部出现小范围旋涡及回流,涡管位置由喇叭管进口断面至叶轮室进口断面随流程的增加,呈现与叶轮旋转方向相反的偏移；通过对涡核附近的环量分析,发现同一水平断面的环量值随着涡核半径的增加而增加,同一涡核半径下的环量值随着旋涡的发展而逐渐增大。V3V测试结果与数值计算结果相近,发现喇叭管内的旋涡是导致泵装置运行效率降低的重要因素,验证了数值计算结果的准确性。
【关键词】：轴流泵 进水池 喇叭管 数值模拟 体三维测量 水流偏转 旋涡 环量
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV675
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 符号说明10-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 论文选题的背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 数值模拟方面13-14
• 1.2.2 实验研究方面14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 2 紊流数值模拟控制方程及模拟方法17-23
• 2.1 紊流数值模拟控制方程17
• 2.2 紊流数值模拟方法17-18
• 2.3 紊流模型18-20
• 2.4 控制方程的离散化方法20-21
• 2.5 水力性能计算21-23
• 3 立式轴流泵装置几何造型及网格剖分23-28
• 3.1 泵装置几何造型23-24
• 3.2 网格剖分24-25
• 3.3 计算参数设置25-26
• 3.3.1 计算参数25
• 3.3.2 边界条件25-26
• 3.4 收敛精度26-28
• 4 立式轴流泵装置内部流动数值模拟结果分析28-48
• 4.1 进水池内部流动特性分析28-30
• 4.2 偏转进水条件下进水池内部旋涡分布30-31
• 4.3 喇叭管内部流动特性分析31-37
• 4.4 叶轮内部流动特性分析37-45
• 4.5 叶轮进口断面流速分布45-48
• 5 V3V系统概述48-54
• 5.1 V3V系统组成48-50
• 5.2 V3V系统原理50-51
• 5.3 V3V系统标定及测试方法51-53
• 5.4 V3V系统测量精度53-54
• 6 喇叭管内部流场V3V测试54-63
• 6.1 开敞式进水池表面旋涡观测54-55
• 6.2 喇叭管内部流场测试区域55-56
• 6.3 测试结果56-59
• 6.4 涡核附近流速分布59-60
• 6.5 涡核附近环量分布60-61
• 6.6 测试误差61-63
• 7 泵装置外特性预测与试验验证63-71
• 7.1 泵装置外特性预测及分析63-64
• 7.2 泵装置外特性试验64-69
• 7.2.1 立式轴流泵试验装置64-65
• 7.2.2 测试仪器65-66
• 7.2.3 轴流泵外特性试验原理66-67
• 7.2.4 测试结果67-69
• 7.3 数值计算与试验外特性对比69-71
• 8 结论与展望71-73
• 8.1 结论71-72
• 8.2 展望72-73
• 参考文献73-76
• 附表Ⅰ76-78
• 附表Ⅱ78-79
• 附表Ⅲ79-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间取得的相关科研成果83-84

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本文编号：766632