热电厂无堵塞排污泵设计及试验研究

摘要

能源工业是国民经济的重要基础，世界各国都把建立可靠、安全、稳定的能源供应保障体系作为国民经济的战略问题之一。随着国民经济快速发展,电力供应的需求越来越大，作为电力结构主体的火电厂，在今后相当长的时间内将发挥举足轻重的作用。
　　 排污泵广泛应用于火电厂以及城市排污等污水处理系统，火电厂污水与一般工业、生活污水在水质方面有很大差别，含有很多固体颗粒，特别是煤屑、石子、铁屑等，对排污泵提出更高的要求。因此本论文根据火电厂的污水水质等实际情况，以离心泵无过载设计技术为核心，以无过载、无堵塞输送为目标，开发研制在全扬程范围内运行不发生过载或因过载而烧坏电机的电厂用排污泵，进一步拓宽污水泵的使用领域，该泵的研制将具有广阔的应用前景。
　　 本文应用CFD软件FLUENT中的标准κ-ε湍流模型对排污泵内部三维湍流数值模拟，并结合试验研究，得到污水中含有不同颗粒直径及不同体积分数下，排污泵叶轮内流场的速度和压力分布，为电厂用排污泵优化设计提供基础。本文的主要工作及结论如下：
　　 1.系统概述了前人在排污泵方面的研究成果，归纳总结国内外在排污泵设计领域的进展；
　　 2.应用无过载排污泵设计理论及设计方法，对电厂用排污泵进行改进设计；
　　 3.利用Pro/E三维实体造型软件进行叶轮实体造型，将叶轮构造成具有周期性边界条件的流道形式，将Pro/E造型的叶轮实体导入GAMBIT生成流动区域，利用非结构网格对流动区域进行网格划分，并指定边界类型；
　　 4.结合CFD软件FLUENT对所设计的叶轮在不同颗粒直径、不同固相体积分数工况下进行三维不可压湍流场的数值模拟，获得排污泵性能固液两相流动情况；
　　 5.通过计算结果与试验数据综合对比分析表明，将CFD技术应用于排污泵的设计中，对于改善和提高电厂排污泵综合性能具有良好的效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及目的

1.2 叶轮型式及其特点概述

1.3 国内外排污泵研究现状

1.3.1 国外排污泵研究现状

1.3.2 国内排污泵的研究现状

1.4 本课题研究的主要内容

第二章 无堵塞排污泵的设计

2.1 无堵塞排污泵主要几何参数的确定

2.1.1 叶轮外径D2

2.1.2 叶片出口宽度b2

2.1.3 叶片出口排挤系数ψ2

2.1.4 叶片数Z

2.1.5 叶片出口安放角β2

2.1.6 泵体喉部面积Ft

2.2 无过载排污泵设计的约束方程组

2.3 排污泵最大轴功率值及其位置的预测

2.4 设计实例

2.5 本章小结

第三章 叶轮的三维造型和网格生成技术

3.1 无堵塞排污泵的造型

3.1.1 水力计算

3.1.2 叶轮轴面图绘制

3.1.3 叶轮平面图（A-A截面图）绘制

3.1.4 在无堵塞双流道泵叶轮的绘型过程中与参考文献的不同之处

3.2 三维模型的建立

3.2.1 流道模型的建立

3.2.2 叶轮模型的建立

3.3 网格生成概述

3.3.1 非结构网格处理方法

3.3.2 三角形网格

3.3.3 网格的代数变换法

3.3.4 网格的保角变换法

3.3.5 微分方程变换法

3.4 无堵塞排污泵叶轮流道网格的生成

第四章 排污泵内部流动数值模拟

4.1 计算模拟的基本参数

4.2 控制方程及边界条件

4.2.1 控制方程

4.2.2 边界条件

4.2.3 压力边界条件

4.2.4 周期性边界条件

4.3 k-ε模型的修正

4.4 计算结果及分析

4.4.1 固体颗粒浓度对污水泵性能的影响

4.4.2 固体颗粒直径对污水泵性能的影响

4.4.3 固相体积浓度分布对流动的影响

4.5 小结

第五章 试验及结果分析

5.1 试验意义

5.2 试验仪器简介

5.2.1 转速测量

5.2.2 压力测量

5.2.3 流量测量

5.2.4 轴功率测

5.3 设备安装注意事项

5.3.1 管路安装

5.3.2 泵的安装

5.3.3 系统密封性检查

5.4 试验结果

5.5 试验结果与数值模拟结果的综合对比分析

第六章 结束语

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢