万吨级反渗透海水淡化高压多级泵抗汽蚀性能的研究

摘要

离心泵在运行过程中，汽蚀的发生会使泵的外特性发生改变，产生振动和噪声，严重时会出现断流和产生对过流部件磨蚀破坏，使泵不能正常运行。因此，如何提高离心泵的汽蚀性能一直是流体机械研究领域的一个重要研究方向。
　　 随着计算流体力学的发展和计算机性能的提高，用数值计算的方法来预测泵的汽蚀性能和分析离心泵内部汽蚀发生时的汽液两相流动成为可能。本文以海水反渗透淡化高压泵研制课题为依托，对海水淡化高压多级泵首级叶轮的汽蚀性能进行了数值和实验研究。
　　 本文的主要研究内容有：
　　 1.依据汽蚀的基本理论，结合改善泵汽蚀性能的各种方法，分别设计了三组叶轮和一组与叶轮相配的导叶组成模型泵。
　　 2.应用三维造型软件Solidworks对模型泵内部流道进行了三维造型。在ANSYS-ICEM软件中对模型进行了网格划分。应用流场分析软件ANSYS-CFX分别对三组叶轮组成的模型泵的汽蚀性能进行了数值预测。
　　 3.根据数值计算结果，对模型泵内部汽液两相流场分布规律进行了研究，得到了离心泵不同汽蚀余量时叶轮内部压力分布和汽液两相的分布规律。对泵汽蚀初生进行了研究，得到了汽蚀初生时的汽蚀余量和汽蚀初生时汽泡产生的位置；并对泵在临界汽蚀余量、许用汽蚀余量时叶轮内部的汽泡分布规律进行了研究和探讨。
　　 4.取数值计算得到的汽蚀性能最优的叶轮制作实型泵进行实验研究，实验结果表明数值计算最大相对误差小于8％，具有较高的计算精度。
　　 5.通过数值计算和实验研究，海水淡化用高压多级泵首级叶轮必需汽蚀余量为4.88米，确定了具有较好抗汽蚀性能的首级叶轮。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 反渗透海水淡化流程

1.4 海水淡化国内外现状及发展趋势

1.5 海水淡化高压多级离心泵现状及发展趋势

1.6 CFD技术在汽蚀领域的研究进展

1.7 主要研究内容与实现方法

第二章 离心泵汽蚀的基本理论

2.1 泵汽蚀的现象及危害

2.1.1 泵汽蚀的现象

2.1.2 泵汽蚀的危害

2.2 离心泵汽蚀的基本理论

2.2.1 有效汽蚀余量

2.3.2 必需汽蚀余量

第三章 模型泵的设计与三维造型

3.1 多级泵总体结构的确定

3.1.1 蜗壳式多级泵

3.1.2 节段式多级泵

3.1.3 总体结构的确定

3.2 首级叶轮的设计

3.2.1 叶轮水力模型的设计方法

3.1.2 首级叶轮的设计与三维造型

3.2 导叶的设计

3.2.1 导叶的主要功能

3.2.2 导叶的分类

3.2.3 导叶结构的选取

3.3 模型泵其它部件的设计

3.4 小结

第四章 网格的生成和泵内部汽液两相流的数值计算

4.1 计算网格生成

4.1.1 网格生成概述

4.1.2 网格的划分过程

4.1.3 划分好的计算网格

4.2 CFD理论基础

4.2.1 控制方程

4.2.2 边界条件

4.2.3 控制方程的离散与求解

4.2.4 参数设置

4.3 计算结果分析

4.3.1 泵内部流场分析

4.3.3 外特性分析

4.3.4 三组叶轮汽蚀性能的对比

4.4 本章小结

第五章 实验研究

5.1 实验装置

5.1.1 模型泵

5.1.2 实验台

5.2 试验仪器简介

5.3 设备安装注意事项

5.4 实验步骤

5.5 实验数据

5.6 实验结果与数值模拟结果的综合对比分析

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文及工作内容