叶片厚度变化对轴流泵性能的影响

论文摘要

叶轮是轴流泵装置中的核心部件,整个装置就是通过它来实现把机械能传递给水,使水的能量增加的零件,叶轮直接决定水泵的性能。目前我国正在建设中的大量的调水和排灌泵站大多使用叶片泵。因此研究叶轮的结构参数对水泵性能的影响具有现实的指导意义。本文基于RANS方程和RNG k ?ε紊流模型,采用几何造型软件ICEM、TurboGrid对轴流泵装置进行建模和网格剖分,并在此基础上用商用三维流体计算软件CFX对装置内部的三维不可压缩流场进行了数值分析,计算不同方案下（叶片厚度不同的情况,叶片角度不同的情况和不同形状轮毂的情况）装置的内外特性。经过CFX-Post的后处理得出:（1）叶片厚度变薄,在相同的流量下,水泵的扬程和轴功率增加,最高效率点向大流量偏移,且最高效率点有所提高。（2）叶片减薄,则叶片排挤系数变小,过流面积增大,在同流量下,轴向流速减小,根据进口速度三角形可知,水流的液流角变小。对于翼型来说,相当于水流冲角变大,扬程和轴功率增大。所以叶片安放角变大与叶片厚度变薄引起的扬程和轴功率变化相类似。（3）在相同的流量下,叶片减薄,叶片压力面的压力增加,致使叶轮扬程的增加,而叶片吸力面的压力变化较小,略有增加,使得空化性能有所改善。（4）轮毂由圆柱形变为球形时,由于其过水断面减小,相对来说即叶片的排挤系数变大,其机理与叶片变厚相似,其产生的效果相同,即轴功率和扬程变小,高效点向大流量偏移,且最高效率点有所增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的目的和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 CFD 的应用
• 1.4 本文的研究内容和方法
• 第二章 轴流泵流场数值计算的研究
• 2.1 数值计算的基本方程
• 2.2 湍流数值计算的方法
• 2.2.1 直接数值模拟
• 2.2.2 大涡模拟
• 2.2.3 Reynolds 平均法
• 2.3 三维紊流模型
• 2.3.1 标准k-ε模型
• 2.3.2 RNGk-ε模型
• 2.3.3 Realizable k-ε模型
• 2.4 控制方程组的求解方法
• 2.5 网格模型的研究
• 2.5.1 子区域的划分
• 2.5.2 网格疏密度的研究
• 2.5.3 网格局部加密的研究
• 2.6 计算软件介绍
• 2.6.1 ANSYS ICEM 模块
• 2.6.2 CFX-TurboGrid 模块
• 2.6.3 流体分析体系：高级流体动力学分析软件—CFX
• 第三章 轴流泵叶轮及导叶内部流场数值模拟
• 3.1 叶轮室及导叶内计算网格的生成
• 3.1.1 叶轮及导叶的数学描述
• 3.1.2 叶轮室及导叶数值模型的建立
• 3.2 进出管道的网格划分
• 3.3 泵段总装与交界面的问题
• 3.4 计算参数的设置
• 3.4.1 边界条件的设置
• 3.4.2 定义求解控制（计算参数设置）
• 3.4.3 计算求解
• 第四章 计算结果分析
• 4.1 数值模拟与模型实验结果的外特性比较
• 4.2 计算方案设计
• 4.3 叶片厚度变化对轴流泵性能的影响
• 4.4 叶片角度变化和叶片厚度变化的相似性
• 4.5 叶轮轮毂形状变化对轴流泵性能的影响
• 第五章 试验验证
• 5.1 试验台与试验装置介绍
• 5.2 测试方法
• 5.3 测试结果及分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附图
• 致谢