基于CFD提高离心泵多工况点效率的研究

摘要

本文首先根据数值求解不可压粘性流动的基本理论和方法，以及离心泵内部流动的特点，推导了离心泵内部流动的控制方程组，给出了相应的边界条件，确定了求解离心泵内部流场的数值方法。 然后根据离心泵的几何形状特点，建立四套网格数递增的全六面体网格，以确定兼顾计算精度和效率的合适的网格规模。在此基础上，转动叶轮位置进行一系列的定常计算，并将这些结果与非定常计算结果作比较，研究定常计算中叶轮转动位置对计算结果的影响，找到定常计算结果平均值和非定常计算结果平均值之间的关系，为利用CFD技术开发新的高效的离心泵叶轮打下基础。 最后针对低比转速离心泵进行一系列的计算、实验和分析，以求通过改变泵内的流动结构实现泵效率的全面提高，分别设计了长短分流叶片和沟槽引流叶片，经实验表明沟槽引流叶片可以较好地在全性能范围内提高低比转速离心泵的效率，该方法实现了有效利用和引导来流来控制边界层分离进而提高效率的构想，对丰富离心泵的设计理论具有积极意义。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

第二章流体力学基础及数值分析方法

2.1引言

2.2湍流流动的控制方程组

2.2.1雷诺平均N-S方程

2.2.2雷诺应力方程

2.2.3标准k-ε模型

2.2.4近壁处理

2.3相对坐标系下流动控制方程组的建立

2.3.1相对与绝对坐标间的转换关系

2.3.2相对与绝对坐标系下矢量、标量及其导数间的转换关系

2.3.3相对坐标系下不可压流体力学控制方程组

2.4数值方法

2.4.1控制方程的离散

2.4.2离散方程的求解

2.4.3计算网格

2.5初始条件和边界条件

2.6小结

第三章 离心泵CFD数值模拟分析

3.1引言

3.2物理模型

3.3离心泵数值模拟方法

3.3.1网格的设置

3.3.2控制方程及其离散和求解

3.3.3初始条件和边界条件

3.4离心泵网格无关性分析

3.4.1数值计算

3.4.2计算结果及分析

3.5离心泵叶轮转动位置的影响

3.5.1数值计算

3.5.2计算结果及分析

3.6小结

第四章 以提高离心泵多工况点效率为目的的叶轮优化

4.1引言

4.2常规设计叶片

4.2.1物理模型与网格

4.2.2数值计算与分析

4.2.3性能试验

4.3长短分流叶片

4.3.1物理模型与网格

4.3.2数值计算与分析

4.3.3性能试验

4.4沟槽引流叶片

4.4.1物理模型与网格

4.4.2数值计算与分析

4.4.3性能试验

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

在攻读学位期间公开发表的论文、申请的专利及参与的科技项目

致 谢