双蜗壳混流泵内部流场数值模拟及叶轮力学特性分析

论文摘要

随着科学技术的不断发展,现代工农业对于水力机械各方面的性能也提出了更高的要求,在空化和汽蚀现象不是很严重的情况下,效率,强度和稳定性无疑成为三个最为重要的性能指标,效率关系到对能量的利用,强度关系到做功部件叶轮的寿命,而稳定性则关系到机组是否能安全,正常的运行,事实上他们之间并不是相互独立的,而是紧密联系在一起的,因此探讨这三个重要的性能指标之间的关系也就成了水力机械设计过程中不可避免的敏感话题。本文以某一双蜗壳式混流泵为研究对象,以计算流体动力学为理论基础,运用先进的计算机数值计算技术,对混流泵整机模型在多个工况点下进行全三维的定常湍流数值模拟,揭示了三种特征工况点下其内部流场的主要机理,同时对叶轮做出必要的优化改型,从而提高了设计工况点下的效率,为探讨混流泵机组的稳定性,还对上述计算模型进行非定常的湍流数值模拟,详细分析了混流泵内部流场各监测点压力脉动的变化情况。此外,大量文献报道由于水力机械机组的叶轮受到持续的疲劳破坏,其叶片发生裂纹或者断裂现象,并且整个机组还伴随着强烈振动与机械噪音,对此,本文应用流固耦合技术对混流泵叶轮进行静力强度和模态的力学特性分析,为混流泵通流部件的强度设计与校核及机组的振动分析提供一定的参考依据。综合以上的因素,我们必须注意到在水力机械设计阶段不能只是一味地追求效率,还应顾及强度及稳定性方面的制约,以研制和开发出既高效节能,又运行平稳安全可靠的水力机械产品为出发点,不断完善其结构和性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文研究目的与意义
• 1.2 本文研究的国内外现状
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 流体动力学数值模拟基本理论基础
• 2.1 流体连续介质模型理论
• 2.2 流体动力学控制方程
• 2.3 湍流理论模型
• 2.4 流体控制方程的数值离散及求解
• 2.5 本章小结
• 3 双蜗壳混流泵内部三维流场的数值模拟
• 3.1 定常不可压缩湍流数值计算
• 3.2 非定常不可压缩湍流数值计算
• 3.3 本章小结
• 4 双蜗壳混流泵叶轮力学特性分析
• 4.1 混流泵叶轮结构弹性力学的基本方程
• 4.2 混流泵叶轮结构小变形运动求解的基本原理
• 4.3 流固耦合系统的有限元方程
• 4.4 模态分析基本原理
• 4.5 计算过程结果与分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要研究内容和结论
• 5.2 本文主要不足之处和展望
• 致谢
• 参考文献