叶片不等距及时序对串并联离心泵性能影响的研究

摘要

串并联离心泵由于其一机多用、占用空间小等特点而普遍运用于船舶领域。作为船舶的重要设备，串并联离心泵的可靠性及稳定性必须得到保证，而泵内部动静干涉引起的压力脉动会直接影响其运行稳定性。因此，本文以串并联离心泵为研究对象，通过对叶轮叶片不等间距及导叶时序的研究，探究动静干涉对串并联离心泵压力脉动的影响特征。
　　本文结合CFD技术、模型试验及理论分析，研究叶轮叶片不等距、导叶与隔舌不同相对位置匹配对串并联离心泵水力性能及压力脉动特性的影响。根据其主要设计参数进行过流部件的方案设计、三维建模及网格划分;通过仿真结果与试验数据的对比，验证数值模拟可行性的基础上，对叶轮叶片不等距及导叶位置匹配进行模拟研究;分析关键过流部件参数变化对串并联离心泵水力性能、内部流动特性、压力脉动特性的影响。主要得出以下结论:
　　(1)不等间距叶片布置相对等间距叶片布置具有提高效率的作用。额定工况下，在最小角间距为56°时效率最高;最小角间距过小不利于流体的流动，不等距叶片布置的最小角间距应控制在合理范围。
　　(2)导叶与隔舌相对位置的改变对串并联离心泵的外特性和并联工况下首次级的流量分布产生较大影响。在额定工况下，并联时相对角度在12°时效率最高;串联时相对角度在30°时效率最高;并联时首级与次级流量比曲线与效率曲线相似，流量变化对效率影响较大。
　　(3)不等距叶片布置具有减小主频幅值分散压力脉动的作用。不等距叶片布置方案在导叶内产生新的脉动频率且主频幅值较小，有利于脉动的平稳性;不等距叶片布置方案在导叶内的脉动频率由轴频及叶片数决定而不是由叶频决定;不等距叶片布置方案在最小角间距为56°时蜗壳内脉动幅值分布均匀合理。
　　(4)导叶与隔舌相对位置的变化对串并联离心泵的压力脉动产生一定影响。导叶相对位置的变化使叶轮处时域相位发生改变，但对其波动幅度、脉动幅值及频率几乎没有影响;蜗壳及出口处在导叶与隔舌相对角度α=12°时两种工况下监测点的波动幅度与主频幅值较小。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 串并联离心泵概述

1．3 国内外研究现状

1．3．1 串并联离心泵研究现状

1．3．2 叶轮叶片不等间距研究现状

1．3．3 离心泵压力脉动研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 模型建立及网格划分

2．1 串并联离心泵研究方案设计

2．1．1 叶轮方案设计及配置

2．1．2 导叶方案设计

2．2 串并联离心泵流道的三维建模

2．2．1 流道造型

2．2．2 流道总体装配

2．3 网格划分及无关性检验

2．3．1 网格划分

2．3．2 网格无关性检验

2．4 本章小结

第三章 串并联离心泵数值模拟及试验验证

3．1 离心泵数值模拟概论

3．2 流动控制方程

3．3 湍流模型

3．4 数值模拟及试验验证

3．4．1 数值模拟及其设置

3．4．2 试验验证

3．5 本章小结

第四章 叶片不等距及时序对串并联离心泵水动力特性影响

4．1．1 外特性的影响分析

4．1．2 并联工况流量特性分析

4．1．3 并联工况内部流动特性分析

4．1．4 串联工况内部流动特性分析

4．2 导叶相对位置对串并联离心泵性能的影响

4．2．1 外特性的影响分析

4．2．2 并联工况流量特性分析

4．3 本章小结

第五章 串并联离心泵压力脉动研究

5．1 非定常设置

5．1．1 监测点布置

5．1．2 相关公式

5．2 不等距叶片布置对压力脉动的影响

5．2．1 时域分析

5．2．2 频域分析

5．3 导叶相对位置对压力脉动的影响

5．3．1 时域分析

5．3．2 频域分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况