离心泵叶片参数化设计及其试验研究

论文摘要

离心泵在国民经济各个部门有着广泛的应用,我国每年全国发电量的20%左右消耗在泵产品上,而离心泵占到泵总产值的95%左右。目前国家重视“节能减排”,提倡低碳经济,这就要求广大的流体机械工作者对泵展开更深入的研究,特别是离心泵的节能原理、方法,以提高离心泵的效率。离心泵的叶轮水力效率是影响泵效率的关键因素之一。而目前常用保角变化法设计的离心泵叶轮有着较大的随意性,其一是叶片包角的确定；其二是叶轮叶片型线在各个轴面安放角取值大小,即在方格网展开图上的流线从叶轮进口到出口位置安放角的变化规律如何选取。因此,本文从这二点出发进行研究。首先,对于叶片包角的研究。在叶片的进出、口安放角都已经确定的情况下,提出一种确定叶片包角的新方法。本文以为某单位设计的Q=200m3/h,H=20m,转速n=1450r/min,要求叶轮外径不大于260mm的离心泵为例,根据本文提出的方法确定其叶片包角分别为70°、80°、90°,并分别进行叶轮设计得到叶轮的水力模型,利用FLUENT 6.1.22软件对上述设计的叶轮进行流场模拟计算发现：包角为90°的叶轮效率比包角为70°的叶轮高2%左右,证明了本文方法的可行性。其次,研究平面方格网中各个轴面的安放角变化规律对离心泵性能的影响。设计了4种变化规律不同的型线,选90°包角为最优设计离心泵叶轮。将设计的叶轮通过模拟验证得出：在叶片的前半部分,各个轴面的安放角的角度变化较大；在叶片的后半部分,各个轴面的安放角的角度变化较小时,按照此种变化规律设计出来的离心泵相比于其它三种变化规律设计出来的离心泵,其扬程降低约1.84m,效率提高约2%。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 离心泵概述
• 1.1.1 离心泵的工作原理
• 1.1.2 离心泵的性能曲线
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 研究现状与发展
• 1.3.1 水力模型的研究
• 1.3.2 汽蚀性能的研究
• 1.3.3 内部流场的研究
• 1.3.4 离心泵产品技术的研究
• 1.4 离心泵叶轮的参数化设计
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 流动数值模拟理论与发展
• 2.1 数值计算方法
• 2.2 三维流动基本方程
• 2.3 紊流的数值模拟方法
• 2.4 κ-ε两方程紊流模型
• 2.4.1 标准κ-ε模型
• 2.4.2 RNG Κ-ε模型
• 2.4.3 Realizable κ-ε模型
• 2.5 离散方程的压力—速度耦合的处理
• 第3章 确定叶片包角的方法
• 3.1 包角的确定方法
• 3.1.1 确定流线进、出口安放角及进口位置
• 3.1.2 确定叶片包角的原理
• 3.1.3 确定A流线包角取值范围
• 3.1.4 确定B、C流线包角取值范围
• 3.1.5 确定叶片包角取值范围
• 3.1.6 确定叶片包角具体取值
• 3.2 应用实例
• 3.2.1 确定叶轮轴面图及其进、出口安放角
• 3.2.2 确定叶片包角取值
• 第4章 离心泵的建模及其数值模拟分析
• 4.1 水力设计
• 4.2 实体模型的建立
• 4.3 网格的划分
• 4.4 内部流场数值计算及性能预测
• 4.4.1 检查网格质量
• 4.4.2 选择求解器及计算模型
• 4.4.3 设置边界条件
• 4.5 内部流场的模拟分析
• 4.5.1 叶片表面的压力分布
• 4.5.2 叶片表面的速度分布
• 4.5.3 叶轮和蜗壳内部压力及速度分布
• 4.6 模拟实验结果
• 4.6.1 性能曲线图
• 4.7 本章小结
• 第5章 叶片安放角变化规律对离心泵性能影响分析
• 5.1 概述
• 5.2 叶片安放角的变化规律描述
• 5.3 实体模型的建立与网格划分
• 5.4 内部流场的数值模拟分析
• 5.4.1 叶轮和蜗壳内部压力和速度分布
• 5.4.2 叶片表面压力变化曲线
• 5.5 模拟实验结果
• 5.5.1 性能曲线
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文