混流泵出口环量及其对出水管道水力特性影响的研究

论文摘要

20世纪60年代以来,我国泵站工程获得了迅猛发展,多年来在抗洪除涝、抗旱灌溉、调水供水等方面发挥了重要作用。提高整个水泵装置的效率是泵站改造关键技术,水泵出水管路的水力损失大小是衡量整个水泵装置的效率的一个重要因素。本文主要研究混流泵出口环量对泵出水管道水力特性的影响。因为水泵出口环量的存在,使得管路中的水流流态变得更加复杂,增加了管道中的水力损失从而降低了水泵的装置性能。本文以4HBC-35蜗壳式混流泵的出水管路为研究对象,设计了试验装置并进行了泵装置性能的测试和不同工况下试验管路的水力损失测试;采用五孔探针测试系统测试了试验管路不同工况、不同断面的环量分布。对水泵出口的流速分布测试数据进行简化,作为数值模拟计算时的进口边界条件,采用ICEM软件完成了出水管路三维实体造型,采用结构化网格、非结构化网格及网格局部加密技术对实体进行了较高精度和较高质量的网格剖分,基于CFX软件应用重整化群（RNG）紊流模型对出水管路进行了数值模拟计算,获得了流速、压力、水力损失等数据。将试验结果和数值模拟的结果进行了比较,得出在有环量情况下将增加管道的水力损失的结论,针对蜗壳式混流泵出口流速的分布特点,通过三维数值模拟,以管道的压力损失系数为指标,分析了不同长度、不同高度的导流栅对整流效果的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究的概况
• 1.2.1 泵出口环量方面的研究
• 1.2.2 水力损失测试方面的研究
• 1.2.3 数值模拟计算方面的研究
• 1.3 本文的研究内容
• 2 流动数值模拟的理论和发展
• 2.1 计算软件介绍
• 2.1.1 CFX的前处理模块ICEM CFD
• 2.1.2 流体分析软件:高级流体动力学分析软件—CFX
• 2.2 数值计算基本方程
• 2.3 三维紊流模型
• 2.3.1 三维紊流数值计算方法
• 2.3.2 三维紊流模型方程
• 2.3.3 标准k-ε紊流模型
• 2.3.4 RNGk-ε紊流模型
• 3 出水管道内部三维流动的数值模拟
• 3.1 几何造型和网格划分
• 3.2 数值计算
• 3.2.1 出水管道进口边界条件的确定
• 3.2.2 出水管路出口边界条件的确定
• 3.2.3 壁面边界条件的确定
• 3.3 计算与数值模拟的比较
• 3.3.1 水力学管道沿程损失计算理论
• 3.3.2 CFX数值模拟沿程水力损失计算
• 4 泵出口环量与管路损失的测定
• 4.1 实验装置设计
• 4.2 测试方案的确定
• 4.2.1 装置性能的测试试验
• 4.2.2 管路水力损失的测试实验
• 4.2.3 水泵出水管道环量测试实验
• 4.3 试验仪器设备
• 4.3.1 五孔探针
• 4.3.2 试验泵
• 4.3.3 动力装置
• 4.3.4 流量测试设备
• 4.3.5 功率测试设备
• 4.3.6 扬程测试设备
• 4.4 测试结果与数据分析
• 4.4.1 装置性能测试结果与数据分析
• 4.4.2 管路水力损失测试结果与数据分析
• 4.4.3 泵出口环量测试结果与分析
• 5 管道内整流措施研究
• 5.1 进口边界条件的设置
• 5.2 不同型式的导流栅对环量回收的数值模拟
• 5.2.1 方案设计
• 5.2.2 结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢