串接组合式迷宫螺旋泵的数值模拟及性能分析

摘要

迷宫螺旋泵是一种小流量大扬程的流体机械，可进行单相液体输送、气液混合输送和固液混合输送。目前迷宫螺旋泵的螺旋体结构基本都是整体式的，定子和转子的螺纹较难加工，本文针对这一问题提出了串接结构的迷宫螺旋泵。主要研究内容如下: (1)对直径为80mm，螺旋体长度为180mm的迷宫螺旋泵进行串接组合设计，给出二维结构简图和三维装配图，并对其进行系列化命名; (2)对迷宫螺旋泵内部流场进行分析，决定模拟计算的模型:利用计算流体力学Fluent软件，选择RNG k-ε湍流模型，基于压力的求解器，SIMPLEC算法，二阶迎风插值格式，多重参考系MRF方法，压力进口和速度出口边界控制条件; (3)对转子串接式迷宫螺旋泵、定子串接式迷宫螺旋泵、转子定子串接式迷宫螺旋泵和通用结构泵分别进行数值计算，对各结构的水力性能进行对比，结果表明:定子串接的结构更有利于提高扬程，转子串接的结构更有利于提高效率;在螺旋环之间的环槽位置处并没有压力的增加，而在螺旋环的进口处有局部压力突增; (4)对不等导程串接结构的迷宫螺旋泵进行水力模拟，并对其模型进行验证，表明:数值计算结果与试验结果的误差在可接受范围内，经修正后的模拟计算结果与试验数据可以大致吻合; (5)对不等螺纹头数、不等直径、不同螺纹齿形的串接模型进行水力计算，定性分析扬程、流量等特征参数的变化。

目录

声明

摘要

符号和缩略词说明

第一章 绪论

1．1 概述

1．1．1 前言

1．1．2 衍生历程

1．1．3 研究发展

1．1．4 理论研究

1．1．5 迷宫螺旋泵的特点

1．2 本文的研究内容

第二章 迷宫螺旋泵基本理论

2．1 通用型迷宫螺旋泵

2．1．1 迷宫螺旋泵的基本结构

2．1．2 迷宫螺旋泵的工作原理

2．2 迷宫螺旋泵结构参数

2．2．1 导程和螺旋升角

2．2．2 螺槽深

2．2．3 螺槽宽与螺棱宽

2．2．4 齿形角

2．2．5 螺纹头数

2．3 特性参数

2．3．1 流量

2．3．2 扬程

2．3．3 功率

2．3．4 效率

2．4 串接组合式迷宫螺旋泵

2．4．1 结构及主要参数

2．4．2 迷宫螺旋泵系列化命名

2．5 本章小结

第三章 计算流体力学理论

3．1 软件介绍

3．1．1 计算主程序

3．1．2 网格生成器

3．2 流体力学基础

3．2．1 控制方程

3．2．2 三维湍流糙犁

3．2．3 湍流封闭模式

3．2．4 壁面函数

3．3 数值计算方法

3．3．1 计算区域的离散化

3．3．2 控制方程的离散化

3．3．3 离散方程组的求解计算

3．3．4 亚松弛技术

3．4 边界处理

3．4．1 转动模型

3．4．2 动静耦合面

3．4．3 进出口边界

3．5 本章小结

第四章 数值模拟

4．1 几何模型

4．1．1 流道三维实体造型

4．1．2 网格生成

4．1．3 指定边界条件类型

4．2 基本设置

4．2．1 求解器设置

4．2．2 网格无关性验证

4．3 环槽

4．3．1 螺旋段

4．3．2 速度分析

4．3．3 环槽参数

4．4 模拟结果分析

4．4．1 轴向静压力分布

4．4．2 速度分布

4．4．3 环槽压力分布

4．4．4 湍动能和湍动强度

4．5 水力性能分析

4．5．1 特性曲线

4．5．2 水力特性对比

4．5．3 环槽的影响

4．6 本章小结

第五章 不同参数迷宫螺旋泵的分析

5．1 不等导程串接迷宫螺旋泵的数值分析及模型验证

5．1．1 试验系统

5．1．2 结果对比分析

5．1．3 流场分布

5．2 不等螺纹头数串接迷宫螺旋泵的分析

5．2．1 压力和湍动强度

5．2．2 水力分析

5．3 不等直径串接迷宫螺旋泵的分析

5．3．1 不同直径迷宫螺旋泵的模拟

5．3．2 不等直径模型串接

5．4 不同螺纹齿形串接迷宫螺旋泵的分析

5．4．1 螺纹齿形

5．4．2 水力分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．1．1 前处理和求解置

6．1．2 分析结果总结

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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