离心泵内部含沙水流动数值分析及性能优化

摘要

本研究针对某型号离心泵分别开展了在清水及含沙水流体介质的全流道数值模拟，并将其在清水介质中的数值模拟结果与试验数据进行了对比分析，主要涉及的研究内容及成果有以下几点：
　　第一，广泛参阅了大量国内外相关研究的参考文献，总结了本文的工程研究背景，阐述了国内外水沙固液两相流的研究现状，得到了本文的研究方法、内容以及工程意义等。
　　第二，根据厂家提供的离心泵原始三维结构图和设计参数，借助专业的泵与旋转机械设计工具CFturbo，对离心泵各过流部件做三维实体模型构建；接下来把保存好的三维模型导入到通用的三维建模软件UG6.0中，对离心泵进口延长段、叶轮、蜗壳以及出口延长段做进一步的优化装配并保存；将保存好的各三维实体分别导入ANSYS网格生成模块ICEM进行网格划分，对于不同流体域的复杂程度，选用不同的网格划分方法，其中包括了六面体结构化网格和四面体非机构化网格，生成的网格质量达到计算精度后进行组合并保存。
　　第三，将划分好的离心泵各部件网格导入CFX-Pre，采用标准k-ε模型对N-S方程进行封闭求解，借助贴体坐标和交错网格系统对N-S方程进行离散，然后用SIMPLE算法求解N-S方程，对离心泵全流道进行不同工况下清水和含沙水介质的数值计算。
　　第四，借助后处理模块CFX-Post，得到了离心泵各过流部件在清水中工作的压力分布，以及内流场的速度分布、湍动能等，并且将数值模拟结果与试验数据进行了对比论证，揭示了本研究的可靠性；得到了水沙运行介质中各过流部件表面的压力分布和泥沙分布等情况，然后对离心泵各部位的磨损特性进行了探讨；针对原型泵存在的结构问题进行了适当的改进，达到了一定优化效果。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景、目的及意义

1.3 课题国内外研究现状和发展趋势

1.4 课题主要研究内容

2 泵内部流动数值计算方法

2.1 CFD理论简介

2.2 湍流模型

2.3 常用CFD商用软件介绍

2.4 固液两相流计算模型

3 离心泵的三维建模及网格化

3.1 离心泵计算模型的建立

3.2 离心泵计算模型的网格划分

4 离心泵清水工况下的数值计算

4.1 湍流模型的选择

4.2 数值离散方法

4.3 边界条件的设置

4.4 计算收敛标准的设定

4.5 数值模拟结果及试验对比

5 离心泵沙水工况下数值计算结果分析及性能优化

5.1 数值计算方案

5.2 离心泵数值计算结果分析

5.3 性能优化

6 结论与工作展望

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢