低比转数疏水泵内部流动的数值模拟及试验研究

摘要

能源工业是国民经济的基础产业，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。随着我国经济的快速发展，对电力供应的需求越来越大。我国电力结构是以火电为主，而且今后相当长的时间内这种现状不会改变。火电是最大的耗煤用户，近年来，能源日益紧张，煤炭价格也在不断上涨，因此，如何提高热效率以达到节煤的目的，成为众多电厂最关心的问题。
　　 采用疏水泵连接的给水回热系统是提高电厂效率的有效措施。由于低压加热器的疏水介质是温度较高的饱和水，容易造成疏水泵进口发生汽蚀现象，从而导致故障和损坏，影响其正常工作。另外，现有疏水泵品种单一，不能满足当前大容量火电机组的要求，使得只有少量火电机组采用高效率的疏水泵连接方式，能源浪费的问题也越来越突出。因此，开发品种齐全、汽蚀性能好的疏水泵十分必要。
　　 本文采用CFD技术与试验研究相结合的方法对低比转数疏水泵进行研究，应用CFD软件FLUENT中的标准κ-e湍流模型对低比转数疏水泵内部三维湍流场数值模拟，得到同一设计工况下四种不同长短叶片形式叶轮内流场的速度和压力分布，为疏水泵优化设计提供参考。本文的主要工作如下：
　　 1.系统阐述前人在离心泵方面的研究成果，归纳总结国内外在离心泵设计领域的进展。
　　 2.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单流道形式，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。
　　 3.结合CFD软件FLUENT对所设计的4种叶轮在相同的设计工况下进行三维不可压湍流场的数值模拟。
　　 4.对设计的4种不同叶轮疏水泵进行了能量和汽蚀试验，并将试验结果和计算结果对比分析，结果表明，将CFD技术应用于离心泵的设计中，对于改善和提高电厂疏水泵综合性能具有良好的效果。

目录

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声明

第一章 绪论

1.1 本文研究的背景及目的

1.2 疏水泵研究现状

1.3 CFD技术在叶轮内流场计算的研究进展

1.4 本文研究的主要内容和意义

第二章 低比转数疏水泵设计方法

2.1 低比转数疏水泵叶轮主要结构参数的确定

2.1.1 泵进口直径和泵出口直径

2.1.2 叶轮进口直径和出口直径

2.1.3 叶片数的选择

2.1.4 叶片进口角的选择

2.2 离心泵复合叶轮的设计

2.2.1 复合叶轮设计理论

2.2.2 短叶片偏置设计几何参数的确定

2.3 提高汽蚀性能的设计方法

2.3.1 离心泵汽蚀基本理论

2.3.2 离心泵的汽蚀区域

2.3.3 改善离心泵汽蚀性能的措施

2.4 CFD技术在低比转数离心泵设计中的应用

2.5 变角螺线圆柱叶片绘型

第三章 叶轮的三维造型和网格生成技术

3.1 叶轮的三维模型生成

3.1.1 盖板的造型

3.1.2 叶片模型的构建

3.2 网格生成概述

3.3 非结构化网格的生成

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 低比速离心泵叶轮流道网格的生成

第四章 低比转速疏水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

4.3 k-ε模型的修正

4.4 求解方法

4.4.1 非耦合求解法

4.4.2 控制方程的离散

4.4.3 控制方程的求解

4.4.4 对流扩散项的离散形式

4.4.5 压力修正法

4.5 计算结果及分析

4.5.1 速度分布

4.5.2 压力分布

4.5.3 水力效率的模拟结果计算

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 轴功率测量

5.3 设备安装注意事项

5.3.1 吸入管路安装

5.3.2 泵的安装

5.3.3 系统密封性检查

5.4 试验方法

5.5 试验结果

第六章 结束语

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致 谢