叶轮出口边及径向导叶结构对离心泵性能影响的数值研究

摘要

离心泵作为一种广泛应用的叶轮机械，目前已有大量学者对其在运行过程中存在的振动、噪音、运行效率较低和压力脉动等问题进行了相关研究并取得了大量成果。但仍然存在离心泵叶轮与导叶动静耦合处压力脉动较大，叶轮轴向力较大等问题。
　　本文通过对一台带径向导叶的单级单吸离心泵进行模拟计算。分析叶片出口边倾角为0°、5°、10°、15°、20°工况，得出倾角为15°时，对离心泵水力效率和压力脉动强度改善效果最优。叶片出口边倾斜改型后叶轮轴向力大幅变化，对15°倾角模型泵进行了平衡叶轮轴向力的改型研究。同时为继续降低倾斜改型后离心泵内的压力脉动强度，对15°倾角模型泵，选取叶高系数为0.8、0.6、0.4的径向正导叶分别进行了改型研究。
　　经对比发现：（1）叶片出口边倾斜改型后：小流量下随着叶片出口边倾角增大，泵的扬程下降率逐渐增大，大流量下随着叶片出口边倾角增大，泵的扬程先逐渐增大后降低。叶片出口边倾角为15°时模型泵的水力效率和压力脉动强度改善效果最优，此时模型泵的额定工况点效率提升0.41％，1.13Q流量下效率提升0.53%，扬程提升0.92%，模型泵性能曲线更平滑，模型泵的压力脉动强度较改型前下降11.1%。（2）叶轮轴向力平衡：对叶轮出口边15°倾角模型泵改变盖板直径发现，降低前盖板直径可在不影响泵水力性能的情况下较好的降低叶轮轴向力。增加后盖板直径也可以达到平衡轴向力的目的，但会对叶轮出口处的流态产生影响，小幅度降低模型泵的水力性能；（3）径向正导叶改型后：对15°倾角模型泵选择不同的正导叶叶片高度继续研究发现，选择合理的正导叶叶片高度可继续降低模型泵内的压力脉动强度。当正导叶叶高系数为0.6时各监测点平均压力脉动强度系数最低，较改型前下降11.0%。但降低正导叶叶片高度会使离心泵的高效区域逐渐变窄，径向导叶的扩压能力逐渐下降。

目录

声明

1、绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

2、数值模拟基本理论概述

2.1基本控制方程组和湍流模型

2.2离散化方法

2.3网格介绍

2.4本章小结

3、模型泵数值计算

3.1模型建立

3.2原模型性能分析

3.3本章小结

4、叶片出口边及叶轮盖板改型

4.1叶轮改型后的定常分析

4.2叶轮改型后的非定常分析

4.3倾斜改型后的轴向力平衡方法

4.4本章小结

5、径向导叶优化改型

5.1改型后外特性对比

5.2改型后内流场对比

5.3额定工况下非定常分析

5.4本章小结

6.1研究结论

6.2研究展望

致谢

参考文献