常速小流量高扬程切线泵关键几何参数的探讨

摘要

切线泵由于在小流量超低比转速下的性能优势，逐渐应用于民用工业和消防领域。同时有关切线泵的研究也逐渐从高转速逐渐转移到常规转速，使得切线泵在较大范围内得到推广和应用。
　　 本研究从水力设计入手探讨切线泵的水力设计基本原理和方法。按照设计要求的特性参数来选取已有模型泵(QX2×130-7)作为研究对象，通过切线泵数值模拟方法的研究，对比分析定常与非定常情况下数值模拟结果与实验值，得出非定常数值模拟与实验值较接近和数值模拟可靠性的结论。并以此为依据，根据非定常的数值模拟方法改变模型泵的单个参数如：喉部直径，蜗壳断面形状及轴侧和盘侧间隙等，对模型切线泵瞬时的流量特性曲线、内部流场流动特性进行分析；
　　 ⑴研究模型泵(QX2×130-7)，通过计算并对比分析模型泵在小流量范围内的外特性，并与模型泵外特性值进行了对比，得出非定常模拟方法在小流量范围内更适应于切线泵内部流场分析的结论。
　　 ⑵在小流量(0m3/h-1.5Qdm3/h)范围内对模型泵瞬时特性进行捕捉分析，发现模型泵具有非定常特征，且在一定的流量范围内，随着流量的增加，瞬时外特性变化较大，非定常特性明显增强。
　　 ⑶在改变模型泵喉部直径的条件下，通过分析发现：近出口的流道对泵性能具有较大影响，一定流量范围内该区域流量越大轴功率越大；叶轮蜗壳的相对位置对外特性具有较大影响，瞬时扬程和瞬时效率随着叶轮旋转呈现周期性变化规律。
　　 ⑷一定流量范围内，当喉部直径在0.8倍模型喉径以下时，扬程效率下降较快；当喉部直径高于1.4倍模型泵喉径时，扬程效率略高于设计工况下扬程值，但增长幅度不大。喉部直径大小决定流量截止点位置，喉径越大截止流量越大。
　　 ⑸一定流量范围内模型泵仅改变蜗壳断面形状时，圆形截面涡壳比矩形截面平均效率要高0.63％-3.1％，梨形截面涡壳的平均效率最低值比圆形截面涡壳低1.0％，最高的值比圆形截面涡壳高1.2％。而平均轴功率则相差不大。涡室截面形状对性能影响不大，可根据结构和制造方便来选择。
　　 ⑹一定流量范围内盘侧间隙和盖侧间隙相等的理想状况下，随间隙增大平均扬程、平均效率及平均轴功率都具有不同程度的下降。当间隙大于0.3mm后，扬程下降幅度明显增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1切线泵的简介

1.1.1切线泵的水力参数及结构特点

1.1.2切线泵的工作原理

1.1.3切线泵的工作特性及特性曲线

1.1.4切线泵的研究背景及工程意义

1.2.切线泵的国内外研究状况

1.2.1切线泵的国外研究现状

1.2.2切线泵的国内研究现状

1.2.3研究切线泵中面临的问题

1.3本文的主要工作

1.4创新点

第2章切线泵的基本理论及水力设计

2.1切线泵的基本方程

2.1.1叶轮中液体的流动分析—速度三角形

2.1.2切线泵的速度三角形

2.2切线泵的基本方程

2.3切线泵的能量损失

2.4切线泵水力设计理论

2.5切线泵的水力设计

第3章切线泵全流场数值模拟计算

3.1紊流数值模型

3.1.1旋转坐标系中的流动控制方程

3.1.2湍流模型

3.1.3 RNG κ-ε模型

3.2离散方程的压力—速度耦合的处理

3.3切线泵(QX2×130-7)单级的外特性

3.4切线泵的模型及网格生成

3.5实验结果模拟结果对比分析

3.5.1计算条件

3.5.2残差曲线

3.6扬程和效率的计算方法

3.6.1扬程的计算

3.6.2轴功率P的计算

3.6.3水泵效率η的计算

3.6.4计算结果处理方法

3.7实验与模拟结果

3.7.1对比定常模拟值，非定常模拟值及实验值分析模拟结果

3.8设计工况点的流场分析

3.8.1设计工况点外特性分析

3.9设计工况点中心截面内流场分析

3.9.1中心截面静压分布

3.9.2中心截面总压分布

3.9.3中心截面速度分布

3.10设计工况下监测点速度变化情况

3.11本章小结

第4章切线泵关键部件几何参数的探讨

4.1喉部直径对切线泵性能的影响

4.1.1泵喉部直径的设计参数

4.1.2不同喉部直径切线泵的数值模拟分析

4.1.3不同喉部直径切线泵的中心截面的内流场分布特性

4.1.4不中喉部直径切线泵喉部附近速度分布

4.2涡壳断面形状对切线泵性能的影响

4.2.1不同截面形状切线泵的参数设定

4.2.2不同涡壳截面形状切线泵的数值模拟分析

4.2.3不同涡壳截面形状切线泵的中心截面内流场分布特性

4.2.4不同涡壳截面形状切线泵的涡壳速度分布

4.3间隙对切线泵性能的影响

4.3.1不同间隙的切线泵参数的设定

4.3.2不同间隙的切线泵数值模拟分析

4.3.3不同间隙的切线泵间隙的速度分布

4.4本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

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