旋喷泵集流管水力特性及其设计方法的研究

摘要

集流管伫立在转子腔高速旋转的液体中，其作用是把转子腔内液体的速度能转化为压力能，合理的集流管几何尺寸及外形会提高旋喷泵的性能，因此研究集流管的水力特性及其设计方法就显得格外必要。本文自主研制了旋喷泵试验台，在此基础上采用试验研究和数值模拟相结合的方法，分析了集流管不同的相对高度比、外形、进口面积比及进口形状对旋喷泵性能、集流管与转子腔内液体流动特性的影响。本文主要研究内容如下： 1.自主研制了旋喷泵试验台及试验装置，在不同集流管进口直径下，测试得到全流量工况的旋喷泵性能曲线，试验结果表明，在全流量工况下，集流管进口直径d1=15mm时旋喷泵扬程高于d1=10mm时，而与d1=20mm时基本相同；旋喷泵效率随着集流管进口直径的增大先增大后减小，在d1=15mm时旋喷泵效率最高。表明集流管进口直径为15mm时，试验泵性能最优。 2.对比试验和模拟得到的旋喷泵性能曲线，验证了数值手段的可信性。在此基础上，对集流管不同相对高度比及不同翼形的试验泵模型进行数值计算，可以发现，集流管相对高度比为0.85时，旋喷泵性能最优，转子腔中间截面的液体压力分布最为均匀，湍动能变化最小，液体流动状况较好；集流管外形为全翼型时旋喷泵扬程、效率均高于集流管外形为无翼型和部分翼型时，且全翼型时转子腔中间截面的压力分布最均匀，湍动能变化最小，液体流动最为稳定。通过研究不同集流管外形时转子腔内不同角度直线上圆周速度的变化，可以发现，液体冲击集流管产生的紊流在转子腔中旋转一周再回到集流管进口时已基本消失，对集流管进口液体流动基本不产生影响。 3.为研究集流管的水力特性，对集流管不同进口面积比及不同进口形状的试验泵模型进行全流量工况的数值模拟，可以发现，集流管进口面积比为0.14时，旋喷泵性能最优，集流管内压力分布较为均匀，液体流动较为稳定，湍动能变化较小；并引入无量纲的集流管流量系数和压力系数，得到集流管不同进口直径下流量系数与压力系数的变化曲线，该曲线一定程度上为集流管水力特性的研究提供了新的方法；集流管进口形状为圆形时旋喷泵性能较优，集流管内压力分布最均匀，湍动能变化最小，液体流动最稳定。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 旋喷泵工作原理及特点

1.3.1 国外发展概况

1.3.2 国内发展概况

1.4 主要研究内容及方法

1.5 本章小结

第2章 旋喷泵试验台及试验装置的研制

2.1 旋喷泵样机各部件的设计及介绍

2.1.1 旋喷泵叶轮的设计

2.1.2 旋喷泵转子腔的设计

2.1.3 旋喷泵集流管的设计

2.1.4 旋喷泵样机其余部件的介绍

2.2.1 旋喷泵闭式试验台结构简介

2.2.2 旋喷泵闭式试验台功能简介

2.3.1 转矩转速传感器

2.3.2 涡轮流量计

2.3.3 压力测量的仪表、仪器

2.4.1 试验方案

2.4.2 试验方法

2.4.3 试验结果换算

2.5 试验结果及分析

2.6 本章小结

第3章 旋喷泵数值计算方案的确定

3.1 数值模拟概述

3.2.1 计算模型的建立

3.2.2 网格划分

3.3 CFD方法及湍流模型

3.3.1 流动控制方程

3.3.2 湍流模型

3.3.3 计算方法及边界条件设置

3.4.1 网格无关性检验

3.4.2 试验泵外特性曲线

3.5 本章小结

第4章 旋喷泵集流管相对高度比及外形的研究

4.1 集流管相对高度比对旋喷泵性能及转子腔液体流动影响

4.1.1 集流管相对高度比对旋喷泵性能的影响

4.1.2 集流管相对高度比对转子腔液体流动特性的影响

4.2.1 集流管翼型对旋喷泵性能的影响

4.2.2 集流管翼型对转子腔液体流动特性的影响

4.3 本章小结

第5章 旋喷泵集流管水力特性的研究

5.1.1 不同集流管进口直径下旋喷泵性能试验与模拟对比

5.1.2 集流管进口面积比对旋喷泵性能的影响

5.1.3 集流管进口面积比对集流管内液体流动特性的影响

5.1.4 集流管流量系数与压力系数的关系

5.2 集流管进口形状对旋喷泵性能及集流管内部液体特性影响

5.2.1 集流管进口形状对旋喷泵性能的影响

5.2.2 集流管进口形状对集流管内部液体流动特性的影响

5.3 本章小结

结论与展望

一、结论

二、展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间取得的科研成果