低比转速混流泵设计方法及试验研究

摘要

随着建设节约型社会口号的提出和日益严峻的资源和环境形势，人们对泵这一应用广泛的通用机械的性能提出了越来越高的要求，这就进一步要求加大对泵的设计理论和方法的研究，从而提高泵的性能。叶轮是低比转速混流泵的主要过流部件之一，叶轮设计的好坏将直接影响泵的水力效率和空化性能。
　　 本文从叶片的水力设计着手，分析了低比转速混流泵的轴面流动特点，提出了对二元理论改进的具体方法，自行设计了一台低比转速混流泵，最后运用数值模拟和试验相结合的方法来验证该理论。主要工作如下：
　　 1、从设计理论和方法、数值模拟和试验研究三方面介绍了混流泵的发展现状，并介绍了现阶段低比转速混流泵发展过程中存在的问题。
　　 2、对传统的叶片水力设计方法进行了介绍，重点介绍了各种水力设计方法的前提假设、适用性、设计的关键点和优缺点。
　　 3、通过对低比转速混流泵叶轮内轴面流动的分析，指出了现有设计理论设计低比转速混流泵时的不足之处，继而提出了对ωu=0的二元理论进行改进，并使用改进后的设计理论设计了比转速为264的混流泵。
　　 4、运用Pro/E对低比转速混流泵整个过流通道(包括进口段，叶轮流道和蜗壳)进行三维造型。简要的介绍了网格划分技术，并利用专业的网格划分软件ICEM，对混流泵的过流通道进行网格划分。
　　 5、对数值计算的控制方程、离散方法和求解方法等理论知识进行了初步探讨，利用有限体积法对雷诺平均的N-S方程进行离散，选用标准的κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法，对在不同工况下，低比转速混流泵内部三维、定常、不可压湍流场进行数值模拟。初步揭示了其内部流动的基本规律，预测了泵的性能。结果表明：改进后的水力设计方法是正确的，科学的和有效的。
　　 6、对改进后水力设计方法设计出来的混流泵进行了试验研究，试验结果表明：预测结果和试验结果基本吻合，由于计算模型未考虑水力损失，计算值比试验值稍大，试验结果证明了水力设计方法的正确性，科学性和数值模拟的正确性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

第一章绪 论

1.1概述

1.2混流泵研究现状

1.2.1设计理论和设计方法

1.2.2混流泵内部流场数值模拟

1.2.3实验研究

1.2.4低比转速混流泵的研究现状分析

1.3本文研究的主要内容及意义

1.3.1研究的主要内容

1.3.2研究的目的和意义

第二章转轮叶片水力设计方法

2.1概述

2.2一元理论

2.3二元理论

2.4准三元理论的介绍

2.5本章小结

第三章低比转速混流泵水力设计、三维造型及网格生成

3.1低比转速混流泵叶片水力设计方法

3.1.1流动分析

3.1.2绘型方法分析

3.1.3低比转速混流泵叶片的水力设计方法

3.2混流泵的水力设计

3.2.1基本计算

3.2.2轴面尺寸的确定

3.2.3设计实例

3.2.4叶片的水力设计

3.2.5蜗壳的水力设计

3.3混流泵的三维实体造型

3.4网格生成

3.4.1网格生成技术

3.4.2混流泵内部流道网格的生成

3.5本章小结

第四章数值计算基本理论及方法

4.1 CFD技术概述

4.2基本控制方程

4.3湍流模式

4.4控制方程的离散化

4.5流场计算数值解法

4.6商用CFD计算程序简介

4.7本章小结

第五章低比转速混流泵内三维定常湍流场数值计算及结果分析

5.1概述

5.2计算区域与边界条件

5.2.1计算区域

5.2.2进出口边界条件

5.2.3出口边界条件

5.2.4固壁边界条件和计算模型

5.2.5耦合面定义

5.3计算结果及分析

5.3.1内部流场压力场分布及分析

5.3.2内部流场速度场分布及分析

5.4 本章小结

第六章低比转速混流泵外特性试验

6.1概述

6.2试验装置

6.2.1试验台的布置

6.2.2参数测量系统

6.2.3误差分析

6.3试验方法

6.4试验数据处理及分析

6.4.1试验结果

6.4.2试验和模拟结果对比分析

6.5本章小结

第七章结论与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文