轴流泵叶轮的改进升力法设计及内部流场计算

论文摘要

轴流泵广泛应用于国民经济各领域,提高轴流泵的研究和设计水平,对国民经济的发展及节约能源将产生重要的影响。要提高轴流泵效率,扩大其工况范围及提高其可靠性,必须对泵内部流动进行深入的研究。本文基于此,对传统的轴流泵叶轮设计方法--升力法进行进一步研究,考虑流动边界层以及叶轮轮缘间隙流动等的影响,对升力法模型进行改进,提出改进后的升力法模型。通过编程计算,用上述两种方法分别对ZWXB系列轴流泵叶轮进行了水力计算与设计,并以ZWXB1200轴流泵为例采用CFD技术,对设计完成的水力模型进行了内部流场分析与数值计算,得到改进升力法设计的水力模型的性能指标较传统升力法好,这充分说明在考虑了叶片端部靠近外壳和轮毂等区域的实际流动,以及静止外壳壁面上的环状边界层流动,转动叶片表面上的边界层以及叶片端部和外壳之间的间隙流动等的相互干涉等问题后,改进的升力法设计的叶轮叶片在叶端及叶根部分采用了加长前倾的扭曲形状,从而有效地控制外壳和轮毂表面上的环状边界层的发展及叶片负压面上边界层的分离,同时减少了叶片端部载荷,降低间隙流动的影响,使叶片的形状更好地与实际流动相符,改善了叶片之间的二次流动以及各种旋涡对流动的影响。从流动数值计算的结果来看,采用改进升力法设计的轴流泵叶轮叶片的效率要比传统升力法设计的轴流泵效率,在各个工况下平均要高1.5%左右。本文还对轴流泵叶轮叶片外缘间隙内的流动进行了计算,考查了间隙分别为1.5mm和2.5mm时间隙中的流动情况,以及间隙的改变对叶轮性能的影响,同时得到了各工况下叶片上的速度与压力的分布规律。本文提出的改进升力法设计轴流泵的模型是正确的,从而为轴流泵设计提供了新的设计理念和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题来源及名称
• 1.2 课题研究目的和意义
• 1.3 国内外现状和发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究内容及技术路线
• 第二章 轴流泵叶轮水力设计
• 2.1 平面叶栅奇点法设计理论
• 2.2 升力法设计理论
• 2.3 改进升力法设计理论
• 第三章 轴流泵叶轮CFD计算软件及其计算模型
• 3.1 CFD计算软件
• 3.2 CFD计算模型
• 第四章 轴流泵叶轮几何模型的建立及网格划分
• 4.1 几何模型的建立
• 4.2 流动计算网格的划分
• 第五章 轴流泵叶轮内流场计算及性能分析
• 5.1 边界条件的确定
• 5.2 计算工况点的选取
• 5.3 NUMECA数值模拟
• 5.4 轴流泵叶轮叶片内流场结果分析
• 第六章 主要研究成果与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者攻读硕士研究生期间发表的学术论文
• 致谢