不同起始直径分流叶片离心泵的数值模拟与试验研究

摘要

离心泵是一种应用广泛的通用机械，对各个行业的发展有着重要的作用。而离心叶轮作为离心泵的关键过流部件，其作用是对流体做功从而提高液体的动压能和静压能，因此其结构对离心泵的内部的流场和性能有着至关重要的作用。为了探究分流叶片起始直径对离心泵内部流动特性的影响，本文采用N-S方程和标准κ-ε湍流模型对具有不同起始直径分流叶片的低比转速离心泵进行了定常与非定常的数值模拟，重点研究了在蜗壳周向及断面压力脉动的变化情况，并对模型泵进行了外特性与压力脉动试验。论文主要研究内容如下:
　　(1)利用三维造型软件Pro/E对三组具有不同起始直径（49mm、60mm和84mm）分流叶片叶轮的低比转速离心泵进行三维实体造型，通过Gambit对整机进行网格划分和边界条件的定义，然后利用FLUENT对其内部流场进行数值模拟。
　　(2)为了研究不同分流叶片起始直径对离心泵性能的影响，分别对三台模型泵进行了定常数值模拟来预测其外特性性能;在设计工况点，基于滑移网格模型(SlidingMovingMesh)对三台离心泵进行非定常数值模拟，并对蜗壳壁面及断面设置监测点对其进行压力脉动的监测。
　　(3)通过对不同时刻下蜗壳壁面及断面压力的分析，获得沿蜗壳周向及径向断面的各监测点压力脉动情况。基于快速傅里叶变换(FFT)对其进行频域分析，得到了其频域分布，分析了不同起始直径分流叶片对离心泵内部压力脉动的影响。
　　(4)对分流叶片起始直径分别为84mm，60mm以及49mm的离心泵在转速2900rpm进行外特性试验，得到了H-Q、η-Q外特性曲线，同时还对模型泵进行压力脉动试验，通过分析蜗壳周向压力脉动来揭示其内部流场流动规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源及意义

1．2 离心泵内部非定常流动研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 小结

1．3 本文主要研究内容

第二章 模型泵的建立及数值计算方法

2．1 离心泵的几何参数及三维模型

2．2 网格划分

2．3 边界条件设置

2．4 数学模型

2．4．1 控制方程

2．4．2 标准k-ε湍流模型

2．5 本章小结

第三章 不同起始直径的分流叶片离心泵的数值模拟

3．1 模型泵定常流动分析及性能预测

3．1．1 速度分析

3．1．2 压力分析

3．1．3 离心泵数值模拟性能预测

3．2 模型泵非定常流动特性数值模拟

3．2．1 速度分析

3．2．2 压力分析

3．3 压力脉动分析

3．3．1 时域分析

3．3．2 周向监测点频域分析

3．3．3 蜗壳断面频域分析

3．4 小结

第四章 模型泵的试验研究

4．1 外特性试验研究

4．1．1 试验内容及方法

4．1．2 试验系统组成

4．1．3 叶轮实物图

4．1．4 试验结果

4．2 压力脉动试验研究

4．3 小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果