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导叶式混流泵静态水阻分析

作　者: 马生麒
导　师: 杨从新
学　校: 兰州理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 混流泵数值模拟水阻系数局部阻力水力管路水力计算
分类号: TH313
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

混流泵在给流体传递能量的过程中会不可避免产生损失,因此,在特殊应用环境下,除了要求混流泵在动态时有较高的效率外,还要求在静态时混流泵的水阻系数越小越好。本文以比转速约为500的某导叶式混流泵为研究对象,基于CFD软件FLUENT,对过流通道建立相对坐标系下的时均连续性方程以及N-S方程,选用标准K-ε湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLEC算法,在静态时模拟混流泵内部流场流动状况及水阻系数变化规律。研究了叶轮在不同停机位置,即叶轮叶片出口边和导叶入口边在不同夹角时的内部流动规律,分析了相应的静态水阻系数变化规律。并应用工程流体力学原理将混流泵过流通道简化为普通水力管路,用现有水力管路计算摩擦损失的公式来计算泵内水阻系数,试图找出便于进行混流泵优化设计的静态水阻系数与泵几何参数直数学表达式。研究表明：1.当混流泵处于静态即停机状态,叶轮叶片出口边与导叶叶片入口边夹角为22.5度时,其静态水阻系数最小。2.不同工况下对泵内流场进行CFD分析,发现静态时的泵内的静压分布和绝对速度分布与动态时的不一样。静态时,流道内的局部阻力系数不随流量或雷诺数的变化而变化,只与过流通道几何尺寸有关,并且其水力损失主要发生在叶轮和导叶体两部分。当叶轮叶片出口边与导叶叶片入口边夹角为22.5度时,在十五个计算工况下泵的平均总水阻系数为29.46,叶轮平均水阻系数为19.35,导叶平均水阻系数为16.23,其上下浮动值为2.3%。3.依据流体力学原理,将混流泵叶轮流道简化成空间弯管,用现有的局部阻力系数计算公式计算其水阻系数,发现其计算结果与数值模拟结果相差较大,应根据试验值增加其系数大小。这也说明泵体内的流动不是简单的管路流动,其流动机理的复杂性与公式的前提假设不一致,需要对其进行修正。4.将混流泵导叶流道简化提出两个方案,发现方案一的计算结果和数值模拟计算结果接近,而方案二的计算结果与数值模拟计算结果相差较大。所以,不能分别对导叶流道和出水管流道计算其水阻,只有将两者综合考虑,才能更接近于导叶体内的真实流动。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 混流泵的结构及特点  11-12
  1.2 混流泵国内外研究现状  12-16
  1.3 混流泵内的水力损失  16-17
  1.4 研究的主要内容  17
  1.5 创新点  17-18
第2章流动控制方程及算法  18-28
  2.1 计算区域的选定及混流泵全流道模型的网格划分  18-19
  2.2 流动控制方程  19-20
  2.3 旋转坐标系中的流动控制方程  20-21
  2.4 湍流模型简介及选择  21-25
  2.5 流动控制方程的离散方法选择  25
  2.6 求解控制  25-26
  2.7 边界条件设置  26-27
  2.8 收敛精度的选择  27
  2.9 本章小结  27-28
第3章静态时叶轮在不同停机位置时的内部流动数值模拟及阻力损失规律  28-43
  3.1 不同停机状态时内部流动状态分析  28-35
    3.1.1 子午面绝对速度分布和静压分布  29-31
    3.1.2 叶轮叶片静压分布和绝对速度分布  31-33
    3.1.3 导叶静压分布和绝对速度分布  33-35
  3.2 全流道静态水阻分布  35-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章叶轮流道静态水阻分析  43-50
  4.1 弯管内水力损失机理  43-44
  4.2 叶轮流道简化模型  44-46
  4.3 叶轮流道水阻系数计算公式的简化  46-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章导叶流道静态水阻分析  50-57
  5.1 渐扩管中水力损失机理  50-51
  5.2 导叶流道简化模型一  51-53
  5.3 导叶流道简化模型二  53-56
  5.4 本章小结  56-57
研究结果与展望  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
附录A 攻读硕士期间发表的论文  63

导叶式混流泵静态水阻分析

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