基于CFD离心泵数值模拟及性能优化

论文摘要

离心泵作为一种通用机械在日常生活与工业生产中得到广泛应用。该类泵每年所消耗的电量占总发电量的10%以上,另一方面我国离心泵的总体运行效率低下,节能潜力非常巨大。使用数值模拟技术进行离心泵性能研究是一个重要课题。本文以MJ125-100型煤浆离心泵内部流场为研究对象,应用多重参考系MRF模型对离心泵内部流场定常三维流动进行了数值计算。得到了内部流动速度、压力分布图和计算扬程。数值模拟结果均符合理论分析情况,验证了该数值模拟的正确性。通过使用三种k-ε湍流模型分别计算不同流量内部流场模拟并与实验数据对比,得到合适的模型为RNG k-s湍流模型。研究了得出了最优叶片数目以及通过切削叶轮非工作面后流场参数对比,得出叶轮非工作面的切削可以提高泵效率。对离心泵叶轮设计,结构优化及节能改造有重要指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 我国能源现状
• 1.2.2 离心泵流场仿真研究现状
• 1.3 本文技术路线
• 第2章 离心泵及CFD理论基础
• 2.1 离心泵概论
• 2.1.1 离心泵的基本概念
• 2.1.2 离心泵原理及其过流部件介绍
• 2.2 CFD数值模拟基本理论
• 2.2.1 计算流体力学概述
• 2.2.2 CFD基本模型控制方程
• 2.2.3 离心泵内部流动湍流模型
• 2.2.4 三种k-ε模型
• 2.2.5 控制方程的离散
• 2.2.6 流场计算的算法
• 2.3 小结
• 第3章 离心泵三维建模及流场计算
• 3.1 离心泵参数
• 3.2 叶轮、蜗壳模型建模
• 3.3 离心泵流场建模
• 3.4 流场模型网格划分
• 3.4.1 GAMBIT软件介绍
• 3.4.2 流场网格划分
• 3.5 计算前处理设定
• 3.5.1 流场动静耦合模型
• 3.5.2 前处理边界条件设定
• 3.6 计算后处理及计算结果分析
• 3.6.1 Fluent软件简介
• 3.6.2 Fluent求解方法的选择
• 3.6.3 Fluent计算步骤及其设置
• 3.7 计算结果及分析
• 3.7.1 速度分布图
• 3.7.2 压力分布结果
• 3.7.3 数据处理
• 3.8 小结
• 第4章 离心泵实验及数值计算对比
• 4.1 实验方案
• 4.2 泵的安装操作
• 4.2.1 对离心泵的安装要求
• 4.2.2 离心泵的操作规程
• 4.3 实验数值处理
• 4.4 三种k-ε模型计算结果对比
• 4.5 小结
• 第5章 参数变化对效率的影响研究
• 5.1 叶片数目
• 5.2 叶片切削
• 5.3 小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢