冲压泵叶轮出口与导叶进口匹配的设计与研究

论文摘要

冲压焊接成型离心泵具有结构简单、高效节能、低泄漏、低噪声、无锈蚀、寿命长、维护费用低等优点,是量大面广的中小型铸造成型离心泵的理想替代产品,正广泛应用于工农业生产生活的各个领域。目前冲压泵的设计方法和理论还不是很完善,产品在实际应用中不能达到理想的效果。本文以LDP32-4-8型冲压多级离心泵作为研究对象,通过对水力模型的CFD数值模拟和试验研究,分析了冲压泵叶轮、导叶及其匹配关系对泵内流场和性能的影响情况,为完善冲压泵设计理论和方法,改善冲压泵性能提供了参考依据。本文主要研究工作和成果如下：1.在查阅大量文献的基础上,研究了离心泵叶轮和导叶结构对性能的影响情况,并根据冲压泵的结构特点,分析冲压泵叶轮和导叶的优化设计方法。2.对冲压泵叶轮叶片与盖板间隙、叶轮出口边与轴线夹角、叶轮出口与导叶进口面积比、叶轮到导叶环形空间的进口面积以及叶轮和导叶的轴向间距5个参数进行分析,建立相应的研究方案组并进行数值模拟计算。3.根据数值计算结果,分析各组方案的内部流场和性能变化情况。主要结论有：（1）叶轮叶片与盖板之间存在间隙对泵的性能有较大的影响,较大的间隙值会使泵的扬程和效率急速下降。（2）冲压泵叶轮出口边与轴向存在一定角度可以使泵的效率有所提高,且取θ=30°～40°时泵具有较好的性能。（3）随着叶轮出口与导叶进口面积比的增大,冲压泵的单级扬程和效率逐渐上升,面积比由Y=1.48增大到Y=3.49时,扬程提高约3.0%,效率提高约2.0%。（4）叶轮到导叶环形空间进口面积约为导叶进口面积的2倍时泵具有较好的性能。（5）叶轮与导叶的轴向间距越小,泵的性能越好,间距t=6mm比t=1mm时的扬程下降了1.9%左右,效率下降了1.4%左右。4.通过与生产企业合作,选取叶轮出口边角度及叶轮出口与导叶进口面积比两组方案进行试验研究,并对试验结果和数值预测结果作对比分析,试验结果与预测结果基本一致,从而验证了数值模拟计算的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本课题的目标和研究内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 内部流场的CFD模拟方法
• 2.1 概述
• 2.2 Pro/E模型构建
• 2.2.1 冲压泵模型和设计参数
• 2.2.2 冲压泵流体域实体建模
• 2.3 Gambit网格划分及边界条件设定
• 2.3.1 网格划分
• 2.3.2 边界条件设定
• 2.4 Fluent数值模拟计算方法
• 2.4.1 控制方程
• 2.4.2 湍流模型
• 2.4.3 可动区域中流动问题的模拟
• 2.4.4 控制方程的离散
• 2.4.5 计算方法的选择
• 2.5 计算结果后处理
• 2.6 本章小结
• 第3章 研究方案的设计与分析
• 3.1 叶轮叶片与盖板间隙研究方案
• 3.2 叶轮出口边角度研究方案
• 3.3 叶轮出口与导叶进口面积比研究方案
• 3.4 叶轮出口到导叶进口过渡段研究方案
• 3.5 试验研究方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 数值计算结果及分析
• 4.1 模型泵的数值计算结果
• 4.1.1 模型泵内流场特性分析
• 4.1.2 模型泵性能分析
• 4.2 叶轮叶片与盖板间隙的数值计算结果
• 4.2.1 内流场特性分析
• 4.2.2 性能预测
• 4.3 叶轮出口边与轴线夹角的数值计算结果
• 4.3.1 内流场特性分析
• 4.3.2 性能预测
• 4.4 叶轮出口与导叶进口面积比的数值计算结果
• 4.4.1 内流场特性分析
• 4.4.2 性能预测
• 4.5 叶轮到导叶环形空间进口面积的数值计算结果
• 4.5.1 内流场特性分析
• 4.5.2 性能预测
• 4.6 叶轮和导叶间距的数值计算结果
• 4.6.1 内流场特性分析
• 4.6.2 性能预测
• 4.7 本章小结
• 第5章 试验研究
• 5.1 试验装置
• 5.2 试验测试方法
• 5.3 试验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果