高压低噪恒流量离心泵动力学研究

论文摘要

离心泵是一种流体机械,在给水排水及农业工程、固体颗粒液体输送工程、有机化学工业、航空航天和航海工程、能源工程和车辆工程等国民经济建设的各个部门中都是必不可少的动力设备,并得到广泛的应用。本文以高压低噪恒流量离心泵为研究对象,进行了泵内流场模拟及空化等流体动力学研究,为离心泵的优化设计提供了理论支持,并对高压低噪恒流量离心泵在工程优化设计方面有着重要的指导价值。本文在查阅了大量国内外相关资料的基础上,介绍了离心泵设计及计算流体动力学研究现状,应用计算流体动力学的方法分析离心泵内部的流场状况。根据某型号高压低噪恒流量离心泵的结构参数,详述了应用Pro/Engineer构建其内部流场区域三维模型的过程,并在GAMBIT中采用非结构化网格对三维模型进行了网格的划分,然后在FLUENT中进行数值仿真计算,并把仿真计算的结果与试验结果进行比较分析,验证仿真结果的可靠性,通过仿真结果深入了解离心泵内部流场区域的流场分布。在流体动力学的仿真过程中,采用标准κ-ε湍流模型和混合多相流模型进行离心泵内部流场的模拟及空化现象的数值模拟。仿真模拟分别在小流量、设计流量及大流量等工况下进行,并通过空化现象的仿真计算,得出了空化现象出现的部位。根据仿真结果所预测的离心泵性能曲线与试验测得的性能曲线吻合良好。应用FLUENT对离心泵内部流场数值模拟获取了离心泵内部流场特征的详尽数据,清晰呈现了离心泵蜗壳、叶片及叶轮等部位的压力及速度分布,以及空化发生的部位,这在理论及工程应用上有着重要的意义,为高压低噪恒流量离心泵的优化设计提供了详尽的数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外离心泵流体动力学研究情况
• 1.3 本文主要研究工作
• 本章小结
• 第二章 计算流体动力学基本理论
• 2.1 计算流体动力学概述
• 2.2 流体控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 组分质量守恒方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 湍流基本方程
• 2.3.2 雷诺平均法
• 2.3.3 标准κ? ε两方程模型
• 2.4 离散化简介
• 2.4.1 离散化方法
• 2.4.2 常用离散格式
• 2.5 流场数值计算方法
• 2.5.1 SIMPLE 算法
• 2.5.2 SIMPLEC/PISO 算法
• 本章小结
• 第三章 离心泵内部流场区域的模型建立及网格生成
• 3.1 离心泵内部流场区域模型建立
• 3.1.1 模型的初步建立
• 3.1.2 离心泵内部流场区域模型的调整及修改
• 3.2 离心泵内部流场区域三维模型网格生成
• 3.2.1 网格生成技术概述
• 3.2.2 模型的网格生成
• 本章小结
• 第四章 离心泵的数值模拟及分析
• 4.1 离心泵内部流场模拟
• 4.1.1 湍流模型及边界条件设定
• 4.1.2 流场模拟
• 4.2 流场模拟结果分析
• 4.2.1 离心泵预测特征曲线
• 4.2.2 预测特征曲线绘制
• 4.3 空化现象模拟分析
• 4.3.1 空化现象概述
• 4.3.2 空化模拟及分析
• 4.4 流场模拟结果分析
• 4.4.1 压力分布
• 4.4.2 速度分布
• 本章小结
• 第五章 离心泵试验及仿真结果分析
• 5.1 离心泵性能试验
• 5.1.1 离心泵实验概述
• 5.1.2 离心泵试验系统及测量计算
• 5.2 试验结果分析及验证
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢