旋涡泵叶片形状对内部流动及能量性能影响的研究

论文摘要

旋涡泵结构简单、紧凑,广泛应用于家庭和国民经济的各个部门中。目前旋涡泵存在的主要问题是效率偏低。本文从影响旋涡泵效率的叶片形状出发,研究了不同叶片形状对旋涡泵内部流动以及能量性能的影响,从而得到一种最佳的叶片形状。本文首次应用商用FLUENT软件对采用不同形状叶片叶轮的旋涡泵内部流场进行了数值模拟,并结合实验方法对旋涡泵进行了外特性试验研究。开展的研究工作及取得的主要成果有:1.简要介绍了旋涡泵的发展及研究现状,提出了本文研究的意义和主要内容。2.介绍了旋涡泵的工作原理和内部流动理论,以及旋涡泵叶轮的设计和理论计算方法。3.利用PRO/ENGINEER软件对旋涡泵流动区域进行三维造型;介绍了主要的几种网格生成技术,利用GAMBIT流体力学软件对旋涡泵内部流动区域进行非结构网格划分。4.采用基于雷诺时均方程和RNGκ-ε湍流模型,并采用贴体坐标系和交错网格系统对N-S方程用有限体积法进行离散,利用FLUENT软件对不同形状叶片叶轮的旋涡泵内部三维湍流流场进行数值模拟。研究了旋涡泵的内部流动规律,掌握了旋涡泵内压力场与速度场的分布情况。5.对不同形状叶片叶轮的旋涡泵进行外特性试验,研究了不同形状叶片对旋涡泵能量性能的影响。6.比较计算结果和实验结果,两者基本吻合。提出了采用前转角叶片叶轮的旋涡泵效率比较高的观点,为旋涡泵的理论设计和后续研究工作提供了重要依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 旋涡泵研究现状概述
• 1.1.1 旋涡泵现状及其特点
• 1.1.2 旋涡泵内部流动研究现状
• 1.2 计算流体动力学概述
• 1.2.1 计算流体动力学
• 1.2.2 CFD技术在研究旋涡泵内部流场中的应用
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.3.1 问题的提出及意义
• 1.3.2 本文研究的内容
• 第二章 旋涡叶轮设计及泵内部流动理论
• 2.1 旋涡泵的叶轮设计
• 2.2 旋涡泵的工作原理
• 2.3 纵向旋涡和径向旋涡理论
• 2.4 旋涡运动对泵能量性能的影响
• 2.5 旋涡泵的理论计算方法
• 第三章 旋涡泵内部流动数值计算方法
• 3.1 引言
• 3.2 FLUENT软件介绍
• 3.3 数值计算方法
• 3.4 数值技术
• 3.4.1 压力修正法
• 3.4.2 人工压缩性法
• 3.5 旋涡泵流动区域的三维造型
• 3.6 网格生成技术
• 3.6.1 贴体计算网格的生成
• 3.6.2 结构网格生成技术
• 3.6.3 非结构网格生成技术
• 3.6.4 混合网格生成技术
• 3.6.5 旋涡泵内部流动区域网格生成
• 3.7 数值模拟的基本参数
• 3.8 边界条件的确定
• 3.9 湍流模型及控制方程
• 3.9.1 湍流模型的选择
• 3.9.2 控制方程
• 第四章 数值模拟结果及分析
• 4.1 旋涡泵内部流场的数值计算与分析
• 4.1.1 旋涡泵的运行工况参数
• 4.1.2 设计工况下内部流场的计算结果
• 4.2 不同形状叶片在不同工况下的性能对比
• 4.3 数值模拟结果分析
• 第五章 叶片形状对旋涡泵能量性能影响的实验研究
• 5.1 实验装置
• 5.2 实验内容与步骤
• 5.2.1 实验内容
• 5.2.2 实验步骤
• 5.3 外特性试验结果
• 5.4 实验结果与计算结果对比分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文