螺旋离心泵的叶片变螺距设计及数值模拟

摘要

随着科技的进步和经济的发展，使用水力机械输送各种固态物质的领域不断扩大。螺旋离心泵作为一种新型杂质泵，将螺旋泵与离心泵融合为一体，其独特的结构可将两者的优势充分发挥。与传统杂质泵相比，螺旋离心泵具有一系列的优点：可通性好、不易堵塞、过流部件磨损小、效率高、使用寿命长、运行费用低，并且具有良好的可调节性。 叶轮是叶轮泵的重要元件，甚至可以说是叶轮泵的心脏，叶轮泵性能的好坏很大程度上取决于叶轮设计是否合理，而叶轮的叶片形状对叶轮的水动力特性具有决定性的影响。对于输送固液两相流介质的螺旋离心泵来说，由于其叶轮内水流状态的复杂性，等螺距螺旋线的规则叶轮曲面方程已经难以满足设计优良水力性能叶轮的需要；从固液两相介质在螺旋离心泵叶轮内的运动状态来看，其叶轮使得流体完成从轴向至径向的过渡，液流的轴向速度由大变小，径向速度则相反，这就要求叶片的螺距从进口至出口要做由大到小的平滑变化。 本文分析了变螺距螺旋线的一般方程，并根据固液两相流在螺旋离心泵叶轮内轴向速度非等速的运动特征，以及螺旋离心泵的结构特征，推导了螺旋离心泵的叶片变螺距型线方程。采用150×100LN-32型螺旋离心泵的结构尺寸，根据螺旋离心泵的叶片变螺距型线方程设计了八种螺距变化方式不同的叶片变螺距螺旋离心泵。对这八个模型用Fluent软件进行清水介质和固液两相介质下的数值模拟，探讨了螺距变化方式对螺旋离心泵的扬程、效率、内流场及两相通过性等的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2螺旋离心泵的研究现状

1.2.1螺旋离心泵简介

1.2.2螺旋离心泵的设计研究

1.2.3螺旋离心泵的内部流动研究

1.2.4螺旋离心泵的叶片型线研究

1.3数值模拟方法的发展

1.3.1无粘性流动的数值模拟

1.3.2分区考虑粘性流动的数值模拟

1.3.3三维粘性流动数值模拟

1.4本文主要工作概述

第2章螺旋离心泵的叶片变螺距设计

2.1螺旋离心泵叶片变螺距型线方程

2.1.1变螺距螺旋线的一般方程

2.1.2圆周方向的角速度ω(t)的确定

2.1.3轴向速度v(t)的确定

2.1.4叶轮轴面上r=f(z)的确定

2.1.5螺旋离心泵的叶片变螺距型线方程

2.2本文设计的叶片变螺距螺旋离心泵的叶片型线方程

2.2.1问题的简化

2.2.2叶片型线参数方程的建立

2.3本章小结

第3章叶片变螺距螺旋离心泵实体建模和网格划分

3.1叶片变螺距螺旋离心泵实体建模

3.1.1 Pro/ENGLNEER系统简介

3.1.2叶片变螺距螺旋离心泵实体建模

3.2叶片变螺距螺旋离心泵模型网格划分

3.2.1网格划分技术

3.2.2 ICEM-CFD划分网格的特点

3.2.3叶片变螺距螺旋离心泵模型网格划分

3.3本章小结

第4章叶片变螺距螺旋离心泵的数值模拟

4.1清水介质下数值模拟结果及分析

4.1.1三维定常湍流计算方法及边界条件

4.1.2螺距变化方式m对螺旋离心泵外特性的影响分析

4.1.3螺距变化方式m对螺旋离心泵内特性的影响分析

4.2两相介质下的模拟结果及分析

4.2.1计算结果显示

4.2.2两相介质下模拟结果分析

4.3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录