旋转喷射泵的启动特性及内部流场研究

摘要

旋喷泵是一种新型特低比转速泵，具有小流量、高扬程、Q—H曲线平坦、结构简单等特点，它比一般的同比转速的离心泵效率要高10-20％左右，广泛应用于石油化工、冶金、造纸、消防等行业。由于国内对于旋喷泵的研究起步较晚，研究不够深入全面，尤其是对于主要过流部件—集流管和转子腔的研究很少，致使该类型泵的效率还较低，应用较少。另外，在已投入使用的旋喷泵中，启动力矩特别大也是应用中存在的一个重要问题，因此研究旋喷泵内的流动规律以及启动特性有着重大的理论价值和良好的应用前景。 本文利用FLUENT6．1软件，采用标准k—ε方程紊流模型和SIMPLEC算法，对课题组以前设计的XP300-6型旋喷泵进行了内部流场的数值模拟，对转子腔内液体流动规律进行了重点研究分析，针对旋喷泵在启动过程中会产生很大的力矩的实际问题，对旋转喷射泵的启动特性进行了研究，推导出了针对旋喷泵启动过程的力矩方程。通过研究得到的主要结论如下： （1）通过对旋喷泵转子腔内液体流动规律的数值研究，并对不同轴向长度、不同截面进行分析计算后发现：转子腔内的流体速度随着半径的增加而增大，腔体内液体随着腔体做刚性运动，即每一点的角速度值都是相等的，并且腔内液体的旋转角速度ωL与腔体的旋转角速度值ω之间的定量关系是ωL≈0．78ω。并且在转子腔轴向长度为90mm～120mm的范围内上述结论都是成立的。 （2）集流管进口直径对旋喷泵的性能影响较大，通过研究发现：集流管进口名义尺寸可按d计算=√4Qt/ωιγπ计算，另外需要考虑集流管进口处的缩孔效应。对集流管进口处因缩孔效应进行研究，得到了缩孔厚度δ与管道直径d之间的数值关系：δ=0．2d。进而得到了集流管进口实际尺寸与计算尺寸之间的关系：d实际=1．2d计算，计算结果取整。该结论对设计集流管具有指导意义。 （3）分析了影响旋喷泵启动力矩大小的因素：叶轮、转子腔、腔内液体及集流管，通过推导得到了旋喷泵的启动力矩公式。通过推导出的旋喷泵启动力矩公式发现：旋喷泵的启动力矩与启动加速度有很大关系，启动加速度越大，启动力矩越大，另外还与转子腔腔体的径向长度有关，转子腔腔体的径向长度越大，启动力矩越大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2旋转喷射泵简介

1.2.1旋转喷射泵的工作原理

1.2.2旋喷泵的主要特点

1.2.3旋喷泵的应用领域

1.3旋喷泵的发展概况

1.3.1旋喷泵在国外的发展概况

1.3.2旋喷泵在国内的研究发展概况

1.4本文的主要研究内容

第二章数值模拟方法

2.1三维流动基本方程及湍流模型

2.1.1基本方程

2.1.2控制方程的离散化方法

2.1.3湍流模型理论

2.2k-ε双方程紊流模型

2.2.1标准k-ε模型

2.2.2 RNGk-ε模型

2.2.3 Realizablek-ε模型

2.3压力修正算法

第三章转子腔内液体运动规律的数值模拟研究

3.1实体模型的建立及网格划分

3.1.1计算方案和计算区域的确定

3.1.2模型的建立及网格划分

3.2全流场模拟计算及转子腔内旋转角速度的研究

3.2.1计算模型的选择

3.2.2网格数量与收敛精度的确定

3.2.3转子腔内旋转角速度的研究

3.3不同轴向长度的转子腔内部流场的研究

3.4实验验证

第四章旋喷泵启动力矩的理论基础及公式推导

4.1水力机械的过渡过程简介

4.2旋喷泵启动力矩的公式推导

4.2.1旋喷泵叶轮力矩的推导

4.2.2旋喷泵转子腔部分力矩的推导

4.2.3旋喷泵集流管部分力矩的推导

4.2.4旋喷泵总力矩

结论与展望

参考文献

致 谢

附录A攻读硕士学位期间发表的论文