恒压旋流泵内部流动不稳定性的研究

摘要

旋流泵是离心泵的一种，因其内部流体存在旋涡运动而得名。旋流泵的特点是无堵塞性能好，但是效率较低。叶轮叶片为直叶片，结构简单且容易制造。旋流泵中还存在着许多需要完善的地方，在流动状态和设计优化的研究上较少。因此迫切需要对旋流泵的内部流动进行深入的研究，为设计出高效且运行稳定的旋流泵提供理论基础。本文通过对旋流泵不同斜叶片弯折点的位置的研究，得到其外特性影响的规律，优化了旋流泵内部流动状态；以虾蛄为生物原型，并结合旋流泵环形压水室的结构特点，建立仿生沟槽蜗室并降低压力脉动性能，解析了其机理；研究了改型后的模型与原模型之间的空化特性，阐明了改型后的模型对空化的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴结合旋流泵叶轮的结构特点，对R30-F30斜叶片弯折点的位置，即第二倾斜段的长度L与旋流泵的性能参数的关系进行了研究，建立起适用于旋流泵模拟的数值计算模型，并总结了斜叶片弯折点的位置与旋流泵性能之间的规律，阐明了旋流泵内部压力、速度和漩涡与其性能之间的影响，并且解释了造成旋流泵效率低下的原因；⑵针对旋流泵压力脉动特性进行了研究，通过对虾蛄的仿生研究，抽取出仿生沟槽结构，在旋流泵隔舌处添加一个或者多个沟槽结构，建立起仿生沟槽蜗室，采用滑移网格技术，对标准工况下的不同沟槽数量N的旋流泵模型进行计算，其中确保改型对旋流泵外特性影响降到最低，分析了隔舌处沟槽对旋流泵压力脉动的影响和不同时刻的静压、流线和速度云图，获得了最佳沟槽数N，在达到降低压力脉动的目的，提高旋流泵稳定性；⑶针对旋流泵叶轮与蜗室改型对空化的影响进行了研究，建立旋流泵空化计算模型，分析了R30-F30斜叶片弯折点的位置与仿生沟槽蜗室分别对旋流泵空化的影响，并预测了两者对旋流泵汽蚀余量的大小影响。通过对旋流泵空化模型非定常计算，分析了不同时刻下旋流泵内部空化状态，并总结出旋流泵空化的规律，并以此提高旋流泵稳定性。

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符号说明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 旋流泵的国内外研究现状

1.3 旋流泵非定常特性研究

1.4 旋流泵空化研究

1.5 本文主要研究内容

第2章 旋流泵叶轮参数化模拟

2.1 旋流泵叶轮的结构形式

2.2 旋流泵水力参数及模型建立

2.3 旋流泵数值计算前处理

2.4 旋流泵流场模拟结果

2.5 本章小结

第3章 仿生沟槽蜗壳对压力脉动的影响

3.1 仿生沟槽结构的抽取

3.2 旋流泵非定常数值计算前处理

3.3 旋流泵瞬时计算分析

3.4 旋流泵瞬时内特性分析

3.5 本章小结

第4章 旋流泵结构对空化特性的影响

4.1 旋流泵空化破坏现象

4.3 旋流泵空化性能数值计算

4.4 本章小结

第5章旋流泵试验研究

5.1 旋流泵水力试验

5.2 试验结果及分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果