多级离心泵的优化设计及汽蚀性能研究

摘要

多级离心泵是目前应用非常广泛的工业泵之一，对其性能的优化改造意义重大。多级泵的汽蚀性能一直是影响的泵稳定运行的重要指标。汽蚀现象会带来能量特性的下降，机器振动和噪声，破坏过流部件等多种问题。如何有效的优化并预测的预测汽蚀性能，是多级泵汽蚀研究的重要方向。随着CFD技术在水力机械内流模拟的应用日益成熟，CFD软件成为了优化设计的重要辅助工具。利用湍流模型和空化模型的结合，使数值模拟研究泵的汽蚀流动成为可能。
　　本文采用ANSYS CFX软件中的标准的k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型，预测了多级泵的汽蚀性能。在大量的理论和经验基础上，提出了优化改进方案。针对吸水室，改进了其整体结构，提出了对称半螺旋型的结构，通过理论和数值模拟研究了新型吸水室内部流动情况，探讨了吸水室对首级叶轮的影响。针对首级叶轮，改进了其部分结构参数，主要包括进口安放角，叶片轴面轮廓线，叶片头部形状等。通过理论分析了各参数对汽蚀余量的影响，通过数值模拟分析了改进前后叶轮内部汽蚀流动的变化，并得到了两者的能量特性和汽蚀特性曲线。
　　研究表明，对称半螺旋结构的吸水室不仅减小了水力损失，而且对叶轮的入口流场有显著改善；改进后的首级叶轮头部冲击损失减小，明显延缓了汽蚀初生，且叶片上的空泡分布区域变小，在多种工况下都有优于原始模型的表现。优化后整体模型的效率和临界汽蚀余量都有显著改善。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究进展

1.3 本文研究内容

2 数值模拟的理论及方法

2.1数值模拟的理论

2.2 数值模拟的方法

2.3 小结

3 吸水室的优化改造方法

3.1 环形吸水室结构特点分析

3.2 对称半螺旋形吸水室的水力设计

3.3 新型吸水室的水力性能分析

3.4 新型吸入室对首级叶轮内流的影响

3.5 小结

4 首级叶轮的优化改造方法

4.1 提高叶轮汽蚀性能的方法研究

4.2 叶轮的优化策略

4.3 叶轮汽蚀性能的数值模拟

4.4 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献