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轻烃外输泵叶轮内部流场的CFD模拟研究

作　者: 王新龙
导　师: 林玉娟
学　校: 东北石油大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 离心泵叶轮计算流体力学数值模拟性能预测
分类号: TH311
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

离心泵是被广泛的应用与各个行业,在生产、生活当中不可或缺的机械装置,而叶轮是离心泵中重要的过流部件,叶轮设计的优劣直接影响其各项性能参数。本文以基于CFD技术的流场分析方法能够对离心泵(本文以轻烃外输泵(60WUC-2M-17)为研究对象)内部各种极其复杂的流动状态进行数值模拟和性能预测,从而弥补离心泵传统设计方法的不足,为离心泵结构和进一步优化奠定了基础。本文以给定的设计参数进行了优化计算,得到了叶轮全部集合参数,根据这些参数利用三维造型Solidworks软件建立叶轮的流道模型。该离心泵叶轮内的流动为不可压缩流体的三维定常湍流流动。在FLUENT软件模拟过程中用其自带的划分网格软件Gambit进行网格划分,求解时采用SIMPLE算法和标准k -ε湍流方程进行求解。通过对叶轮的数值模拟,可以得到其内部流动的速度分布及压力分布,并捕捉到一些重要的流动现象,如进口有冲击损失等。同时还模拟了不同工况下的压力及速度分布,可观察到一些如旋涡、回流等不良现象。FLUENT模拟后得出的模拟数据与所掌握的实验数据进行比较,分别体现在扬程—流量特性对比、轴功率——流量特性对比和效率——流量特性对比,可得出,无论在不同流量工况下的压力速度图对比,还是特性曲线的对比,额定工况下的液体流动最为稳定,工作性能最好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题的目的及意义  9
  1.3 国内外研究状况及发展趋势  9-12
  1.4 本课题的主要研究内容及技术路线  12-13
第二章 CFD 数值模拟的数值方法和数学模型  13-32
  2.1 计算流体力学简介  13-15
  2.2 CFD 常用的数值方法和基本方程  15-19
    2.2.1 CFD 常用的数值方法  15-16
    2.2.2 CFD 的基本方程  16-19
  2.3 湍流模型  19-26
    2.3.1 湍流概述  19-23
    2.3.2 三维N-S 方程模型的计算方法  23-25
    2.3.3 标准k-ε模型  25-26
  2.4 控制方程的求解方法  26-31
    2.4.1 数值离散的方法  26-29
    2.4.2 流畅计算的SIMPLE 方法  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章模型的建立及其网格划分  32-38
  3.1 叶轮模型建模  32-33
  3.2 网格划分  33-36
    3.2.1 网格选择与生成  33-35
    3.2.2 网格质量检查  35
    3.2.3 动静耦合模型  35-36
  3.3 边界条件的设置及网格输出  36
  3.4 湍流模型及计算方法  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章叶轮的流场分析  38-51
  4.1 叶轮在设计工况下的流场分析  38-44
  4.2 不同流量工况下流场的对比分析  44-50
    4.2.1 不同流量工况下的速度场  47-49
    4.2.2 不同流量工况下的压力场  49-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章离心泵特性曲线的预测及对比分析  51-56
  5.1 外特性参数的计算  51-53
    5.1.1 扬程  51
    5.1.2 轴功率  51
    5.1.3 效率  51-53
  5.2 预测特性曲线与试验曲线的对比  53-55
    5.2.1 扬程——流量特性曲线对比  53-54
    5.2.2 轴功率——流量特性曲线对比  54-55
    5.2.3 效率——流量特性曲线对比  55
  5.4 结论  55-56
第六章结论及展望  56-58
  6.1 结论  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-61
发表文章目录  61-62
致谢  62-63
详细摘要  63-72

轻烃外输泵叶轮内部流场的CFD模拟研究

内容摘要

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