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螺旋轴流式混输泵压缩级设计及内流场模拟

作　者: 雷盛
导　师: 马希金
学　校: 兰州理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 螺旋轴流式混输泵增压单元数值模拟流场分析性能预测
分类号: TH312
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文介绍了油气混输泵在油田中的应用及国内外该领域的研究状况与发展趋势。综合轴流泵与压缩机的理论，完成了螺旋轴流式混输泵动、静叶轮水力设计工作。采用三维造型软件UG建立油气混输泵增压单元模型，利用ICEM对计算区域进行离散化，运用FLUENT多相流模块对模型进行数值模拟，并使用Tecplot和Origin处理模拟结果，得到压缩级内部压力场、速度场及相态分布情况，作出单压缩级性能曲线。通过对流速、压力、总压的分布状况分析，掌握转轮内部流动情况，在此基础上，对设计进行改进。本次设计减小动叶轮缘翼型安放角，加大动叶弦长，静叶轮采用了NACA4412翼型，有效减小了静叶流道内旋涡和相态分离的发生，提高了泵的效率。数值计算表明，混输泵的高效区变宽，能够较好适应更高含气率工作环境，整机性能明显改善，为今后的设计提供有益的参考。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题来源及名称  10
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 课题名称  10
  1.2 概述  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-15
  1.4 课题主要研究内容及技术路线  15-16
第2章 CFD 理论及数学模型综述  16-26
  2.1 CFD 计算基础介绍  16
  2.2 计算区域与控制方程的离散化  16-18
    2.2.1 空间区域的离散化  17
    2.2.2 控制方程的离散化  17-18
  2.3 湍流的数值模拟方法  18-24
    2.3.1 湍流概述  18-19
    2.3.2 雷诺时均方程  19-20
    2.3.3 k ?ε 两方程模型  20-23
    2.3.4 速度压力耦合关系的处理  23-24
  2.4 FLUENT 软件简介  24-26
    2.4.1. FLUENT 求解器介绍  24-25
    2.4.2. 后处理器  25
    2.4.3 区域间耦合求解模型  25-26
第3章气液两相流理论及数学方案  26-32
  3.1 多相流分析方法  26-27
    3.1.1 欧拉两流体方法  26
    3.1.2 欧拉－拉格朗日方法  26-27
    3.1.3 拉格朗日－拉格朗日方法  27
  3.2 两相流动理论模型  27-29
    3.2.1 均相流动模型  27-28
    3.2.2 分相流动模型  28
    3.2.3 漂移模型  28-29
    3.2.4 双流体模型  29
  3.3 两相流控制方程  29-30
    3.3.1 质量方程  29-30
    3.3.2 动量方程  30
    3.3.3 能量方程  30
  3.4 Fluent 软件中的多相流模型  30-32
    3.4.1 VOF 模型  30-31
    3.4.2 欧拉模型  31
    3.4.3 混合物模型  31-32
第4章混输泵设计及建模  32-48
  4.1 叶片水力设计理论  32-38
    4.1.1 叶片水力计算的假定  32
    4.1.2 平面直列叶栅理论  32-33
    4.1.3 奇点分布法设计动叶叶片  33-38
    4.1.4 流线法设计静叶叶片  38
  4.2 YQH-100 型多级油气混输泵主要参数  38-39
  4.3 混输泵结构参数  39
  4.4 混输泵压缩级单元三维造型  39-41
  4.5 网格的分类及生成技术  41-44
    4.5.1 结构化和非结构化网格技术  41-42
    4.5.2 网格生成技术  42-44
  4.6 计算模型的网格划分  44-48
    4.6.1 网格生成软件ICEM－CFD  44-45
    4.6.2 计算模型网格划分  45-48
第5章流场计算及结果分析  48-64
  5.1 流场计算  48-50
    5.1.1 导入并检查网格  48-49
    5.1.2 求解器与计算模型设置  49
    5.1.3 边界条件定义  49
    5.1.4 设置检测器与计算  49-50
  5.2 计算结果分析  50-64
    5.2.1 叶片表面压力分布  50-53
    5.2.2 叶片表面速度分布  53-56
    5.2.3 叶轮增压性能  56-57
    5.2.4 相关截面压力分布  57-60
    5.2.5 叶片表面介质分布  60-62
    5.2.6 变流量工况模拟  62-64
结论  64-66
  全文总结  64
  工作展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）  71

螺旋轴流式混输泵压缩级设计及内流场模拟

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