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离心泵内部流动PIV测试研究与三维数值模拟
作 者: 黄远民
导 师: 朱祖超;李昳
学 校: 浙江理工大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 离心泵 三维PIV 数值模拟 内部流场
分类号: TH311
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
近年来,粒子图像测速技术(PIV,Particle Image Velocimetry)发展比较迅速,该技术应用范围比较广泛,已成为研究复杂流场的一种有效测试手段。虽然很多学者在离心泵内部流动方面研究比较多,对离心泵内部的流动结构和流动规律也有了一些认识,但由于离心泵内部流动比较复杂,许多流动现象的流场结构和产生机理仍不是太清楚,因此还需做大量相关的研究工作。为了揭示离心泵内部流动的规律,及其外特性规律,本文采用数值模拟与试验研究相结合的方法,研究离心泵内部流动规律,为离心泵的设计和改进提供了一定的理论依据。本文的主要工作如下:(1)系统概述了国内外学者在离心泵方面的研究成果及现状。(2)利用Pro/E三维造型软件进行叶轮、蜗壳实体造型,并在Gambit软件中进行网格划分后,导入Fluent软件进行泵内流动数值模拟,并对结果进行了分析。(3)搭建了一套同时满足水泵外特性试验和PIV测试要求的试验台,并在转速为2900r/min工况下,进行水泵的外特性试验,得到了水泵的性能曲线,与数值模拟预测结果进行对比,两者在总体上基本吻合。(4)利用PIV技术,分别在0.4、1.0和1.2倍设计流量的工况下,对离心泵叶轮内部流场进行试验研究。测试窗口分别取在三个不同的叶槽中,在每个叶槽中选取两个断面(中截面和距离前盖板为5mm的截面)。在测得叶轮内部的绝对速度矢量后,按照速度三角形原理对绝对速度进行分解,从而得到了相对速度分量,对其进行分析,揭示了叶轮内部流场的分布规律。根据试验结果可知,采用三维PIV技术对离心泵内部的流场进行研究是可行的,能够反映离心泵内部实际情况的三维流场,其研究成果可为离心泵设计提供重要的参考。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第一章 绪论 9-16 1.1 课题研究背景及意义 9-10 1.2 离心泵内部流动计算的研究现状及发展趋势 10-12 1.2.1 数值模拟的基本思想 10-11 1.2.2 离心泵内部流动数值模拟研究现状 11-12 1.2.3 离心泵内部流动数值模拟发展趋势 12 1.3 离心泵内部流动实验研究现状 12-14 1.4 论文主要研究内容及组织结构 14-15 1.5 本章小结 15-16 第二章 试验装置与PIV 测试系统 16-37 2.1 试验装置设计 16-19 2.1.1 试验装置基本要求 16-17 2.1.2 测试仪器 17-19 2.2 模型泵 19-20 2.2.1 设计参数 19-20 2.2.2 试验泵特点 20 2.3 三维PIV 测试系统 20-35 2.3.1 三维PIV 基本原理 20-22 2.3.2 PIV 系统结构 22-28 2.3.3 三维PIV 测量标定及立体相机Scheimpflug 的配置方式 28-29 2.3.4 示踪粒子的选择 29-35 2.4 本章小结 35-37 第三章 离心泵内部流动数值模拟仿真与性能试验 37-50 3.1 CFD 理论 37-41 3.1.1 控制方程组 38-40 3.1.2 湍流模型 40-41 3.2 计算模型及边界条件 41-42 3.2.1 计算模型 41 3.2.2 进口边界条件 41-42 3.2.3 出口边界条件 42 3.2.4 固壁边界条件 42 3.3 求解方法与离散格式及收敛精度的选择 42-43 3.4 数值模拟结果分析 43-45 3.4.1 静压强分布 43-44 3.4.2 叶轮内相对速度 44-45 3.5 离心泵性能试验 45-47 3.5.1 试验方法 45-46 3.5.2 试验步骤 46-47 3.6 试验与数值模拟计算的对比分析 47-49 3.7 本章小结 49-50 第四章 离心泵内部流场PIV 测试研究 50-66 4.1 定位锁相装置 50-52 4.2 试验参数 52-53 4.3 试验条件和方法 53-55 4.3.1 试验条件 53 4.3.2 离心泵内部流动PIV 测试试验方法 53-55 4.4 PIV 测试结果及分析 55-65 4.4.1 试验数据处理 55-56 4.4.2 PIV 测量精度分析 56-57 4.4.3 各个工况和各个截面的相对流场 57-65 4.5 本章小结 65-66 第五章 全文总结与展望 66-67 5.1 总结 66 5.2 展望 66-67 参考文献 67-71 致谢 71-72 攻读硕士期间发表论文 72
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 泵 > 叶片式泵 > 离心泵
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