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离心泵内部三维流场数值模拟研究

作　者: 吕秀丽
导　师: 李文华
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 离心泵计算流体动力学数值模拟短叶片偏置
分类号: TB126
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,随着计算流体动力学(CFD)技术的发展,离心泵的CFD研究与工程设计紧密结合,从研究离心泵流体流动机理出发,使用数值模拟研究离心泵内部流动,利用模拟结果指导泵的设计已经成为重要的研究方向。本文基于计算流体动力学理论,在总结前人经验的基础上采用FLUENT软件对离心泵整机进行内部流动的数值模拟,分析流体在离心泵中的速度和压力分布,揭示离心泵内,部的流动规律,为进一步改进离心泵的结构提供了参考数据。为改善离心泵水力性能,达到增效节能的目的,采用短叶片偏置设计方法对离心泵进行改进,并分析其内部流场分布情况,发现短叶片偏置有利于离心泵内流场速度和压力分布的均匀性,减小了叶轮出口处的压力脉动,降低了冲击损失，流动状况得到明显改善。对改进后的离心泵扬程和水力效率进行计算,发现其扬程和水力效率较原型离心泵分别提高了3.64%和1.7%,验证了采用短叶片偏置设计方法改善离心泵性能是正确可行的。本论文的研究为推动商用CFD计算软件计算流动问题积累了经验；为人们认识和掌握离心泵内部复杂的三维液体流动开辟了新途径；为离心泵的结构优化、改善离心泵的水力性能奠定了理论基础；为探求离心泵新的设计方法提供了参考依据。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-14
  1.1 离心泵概述  9
  1.2 离心泵内部流动数值模拟研究的发展现状  9-12
    1.2.1 无粘性流动数值模拟  9-10
    1.2.2 分区考虑粘性效应的数值模拟  10-11
    1.2.3 三维粘性流动数值模拟  11-12
  1.3 本论文研究的意义  12-13
  1.4 本论文主要研究内容  13-14
2 计算流体动力学基本理论  14-31
  2.1 计算流体动力学的发展  14-15
  2.2 计算流体动力学的工作步骤  15-16
  2.3 流体动力学控制方程  16-21
    2.3.1 质量守恒方程  16-17
    2.3.2 动量守恒方程  17-19
    2.3.3 能量方程  19-20
    2.3.4 控制方程的通用形式  20-21
  2.4 湍流数值模拟理论  21-28
    2.4.1 湍流的基本方程  22-23
    2.4.2 湍流数值模拟方法简介  23-24
    2.4.3 Reynolds应力模型  24-25
    2.4.4 涡粘模型  25-28
  2.5 基于有限体积法的控制方程离散  28-29
    2.5.1 离散化概述  28
    2.5.2 有限体积法  28-29
    2.5.3 离散格式  29
  2.6 FLUENT中流场数值计算的主要方法  29-31
3 离心泵整机流道三维实体建模及网格划分  31-43
  3.1 叶轮流道三维实体建模  31-34
    3.1.1 叶轮水力模型图及主要参数  31-32
    3.1.2 流道三维实体建模过程  32-34
  3.2 蜗壳流道三维实体建模  34-36
    3.2.1 蜗壳水力模型图及主要参数  35
    3.2.2 基于PRO/E的离心泵蜗壳流道三维模型建立  35-36
  3.3 离心泵整机流道三维实体模型  36-37
  3.4 离心泵整机流道三维实体模型的网格划分  37-42
    3.4.1 网格及其生成方法概述  37-38
    3.4.2 网格生成软件GAMBIT简介  38-39
    3.4.3 离心泵整机流道模型网格划分  39-42
  3.5 本章小结  42-43
4 离心泵整机流场模拟计算  43-65
  4.1 FLUENT软件概述  43-44
  4.2 旋转叶轮和静止泵体的耦合模型  44-47
  4.3 边界条件设置  47-51
    4.3.1 入口边界条件  47-49
    4.3.2 出口边界条件  49
    4.3.3 壁面条件  49-51
  4.4 湍流模型及计算方法  51-53
  4.5 内部流态模拟结果分析  53-62
    4.5.1 整机流场数值模拟结果分析  53-56
    4.5.2 叶轮内流场数值模拟结果分析  56-60
    4.5.3 蜗壳内流场数值模拟结果分析  60-61
    4.5.4 叶轮与蜗壳内流体流动过程的耦合分析  61-62
  4.6 扬程和水力效率参数计算  62-64
    4.6.1 扬程  62-63
    4.6.2 水力效率  63-64
  4.7 本章小结  64-65
5 偏置短叶片离心泵流场模拟计算  65-76
  5.1 偏置短叶片的理论基础  65-68
    5.1.1 数学原理  65-66
    5.1.2 物理原理  66-68
  5.2 偏置短叶片离心泵整机流道三维实体模型  68-69
  5.3 偏置短叶片离心泵内流场模拟  69-75
    5.3.1 流场模拟结果分析与对比  70-73
    5.3.2 偏置短叶片离心泵性能参数计算  73-75
  5.4 本章小结  75-76
6 结论与展望  76-78
  6.1 结论  76
  6.2 展望  76-78
参考文献  78-80
作者简历  80-82
学位论文数据集  82

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