基于CFD分析的CQB65-50-160F离心泵的性能预测及优化

摘要

改革开放以来，随着国民经济的迅速发展，能源工业得到长足的发展，我国逐渐成为能源生产和消费大国，机械设备和技术尤其是工业用泵的技术在不断的发展和进步。
　　 在成为能源生产和消费大国的同时，能源和环境问题的日趋严重，低碳经济、节能环保已成为经济发展中的必然要求。目前各个领域对占工业用泵很大比重的离心泵的要求越来越高。CFD技术的应用使得人们在研发和优化离心泵过程中节省了大量的时间和经济成本，有效地提高了项目的产能，同时也在一定程度上解决了能源环境问题，该应用技术已成为新世纪的重要研发方向。本文主要工作和成果如下:
　　 1.在查阅大量文献的基础上，详细综述了计算流体动力学发展现状、离心泵CFD数值模拟研究现状和离心泵优化方法的发展进程。并且还选择了适用于CQB65-50-160F离心泵内流场数值模拟的求解方法与湍流模型。
　　 2.通过三维建模软件Pro/e对CQB65-50-160F离心泵内流场过流区域进行实体建模，利用Fluent前处理软件Gambit对模型进行网格划分。
　　 3.依据选取的求解方法、湍流模型和实际工作情况对Fluent软件进行一系列设置，并完成了离心泵的整机非定常数值模拟。在比较各文献中圆盘摩擦损失公式和容积损失公式的基础上，确定了适用于本文离心泵的损失公式，并对数值模拟结果进行修正得到各工况下扬程、轴功率、效率值。依据修正后所得的各性能参数与试验数据进行比较来分析各工况离心泵内流场，得出在标况下数值模拟结果精度较高。
　　 4.根据以上的分析以及大量参考文献的查阅，提出了以压水室为研究对象的新的优化方法，且构造了以总效率值最高为目标的优化函数以及各未知参数的约束条件。利用遗传算法和Matlab软件寻优求解得到了优化后的压水室几何参数，进而对压水室模型进行修改并对整机离心泵进行非定常数值模拟。最终结果表明，优化后的离心泵在标况下总效率值提高了3.858％，实现了优化目标和节能要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及其意义

1．2 国内外研究现状

1．3 需进一步研究的问题

1．3．1 求解方法和计算模型的确定

1．3．2 水力模型的构建及网格的划分

1．3．3 计算结果的修正

1．3．4 优化方案的确定问题

1．4 本文研究内容

第2章 求解方法及计算模型的确定

2．1 求解方法的确定

2．1．1 定常计算方法

2．1．2 非定常计算方法

2．2 计算模型的确定

2．2．1 基本控制方程

2．2．2 湍流模型的确定

2．3 本章小结

第3章 三维水力模型建立及数值模拟前处理

3．1 三维水力模型关键部件的建立

3．1．1 Pro／e软件简介

3．1．2 叶轮水力模型的建立

3．1．3 蜗壳水力模型的建立

3．1．4 水力模型的组装

3．2 整机水力模型的网格划分

3．2．1 叶轮水力模型的网格划分

3．2．2 边界条件的设置

3．3 本章小结

第4章 内流场的非定常数值模拟及结果分析

4．1 Fluent求解器设置

4．1．1 Fluent软件简介

4．1．2 计算模型的选择

4．1．3 材料物性参数与运行条件的设置

4．1．4 边界条件的设置

4．2 数值计算结果的修正

4．2．1 圆盘摩擦损失修正

4．2．2 容积损失修正

4．3 修正后泵性能预测

4．3．1 扬程试验值与模拟值对比分析

4．3．2 轴功率试验值与模拟值对比分析

4．3．3 效率试验值与模拟值对比分析

4．4 内流场分析

4．5 本章小结

第5章 离心泵性能优化

5．1 常用离心泵优化方法

5．2 离心泵优化方案的确定

5．2．1 目标函数的确定

5．2．2 设计变量及其约束的确定

5．3 目标函数的求解

5．3．1 遗传算法及Matlab软件简介

5．3．2 计算过程

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

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