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大流量冲压焊接多级离心泵设计方法与内流机理研究

作　者: 李瑞光
导　师: 刘元义
学　校: 山东理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 冲压焊接多级离心泵大流量设计方法导流筒数值模拟
分类号: TH311
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

冲压焊接离心泵是采用冲压、焊接技术生产的新型离心泵。因其与传统离心泵相比具有耐腐蚀、生产效率高、制造工艺节能环保、结构紧凑以及表面光洁美观等特点,近年来在国际上有了很大的发展。国内研制的冲压泵大都在小流量低比转速范围,随着社会经济的发展和市场经济的推进,各行业对大流量冲压焊接多级离心泵的需求也越来越大。然而,大流量中高比转速冲压焊接多级离心泵的设计和内流机理等关键问题有待研究。基于此现状,本文对大流量冲压焊接多级离心泵的水力设计、优化设计和数值分析等进行了研究,旨在提高离心泵的综合性能。主要研究工作如下：(1)研究了流体粘性和叶轮设计参数对大流量中高比转速冲压焊接多级离心泵的影响情况,根据大流量中高比转速泵的特点,对DW 12-30/2.2型离心泵进行了水力设计,给出了粘性影响程度和具体的设计过程,并对冲压焊接多级离心泵过流部件的结构进行了设计(2)建立了以扬程、轴功率、轴向力、汽蚀和损失为分目标向量,以七个主要影响泵水力性能的叶轮参数作为决策向量的多目标优化模型。采用基于Matlab多目标遗传算法对优化模型并行求解,得到了最优妥协解。泵的综合性能有所提高,优化结果可靠,并且对多目标遗传算法优化泵的可行性进行了验证。(3)对冲压多级泵的水力模型和三维实体进行设计,并在前人研究的基础上,对叶轮局部进行了改型,设计出了三种不同叶轮形式的冲压多级离心泵。(4)利用Fluent对设计的三种叶轮形式的多级离心泵的一级进行了数值模拟,得到了多级泵的流动特征信息,总结出了离心泵内部速度和压力的变化规律,发现了内部不良的流动现象,最后对三种叶轮形式离心泵的流动情况进行了比较,并对水力性能进行了预测,得出了采用扭曲式叶轮形式的冲压多级泵具有较好的综合性能。通过大流量冲压焊接多级离心泵设计方法和内流机理的研究,为冲压多级离心泵的设计制造提供了参考,具有重要的实际应用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究目的及意义  9-10
  1.2 冲压焊接离心泵的国内外发展现状及未来趋势  10-12
    1.2.1 国外发展现状  10
    1.2.2 国内发展现状  10-11
    1.2.3 未来发展趋势  11-12
  1.3 冲压焊接离心泵存在的问题及技术难关  12
  1.4 工程优化与CAE技术在冲压焊接离心泵上的应用简述  12-14
    1.4.1 优化设计在离心泵中的应用现状  12-14
    1.4.2 CFD技术在离心泵中的应用现状  14
  1.5 本文的研究内容  14-15
  1.6 本章小结  15-16
第二章大流量冲压多级离心泵粘性流水力设计的研究  16-28
  2.1 离心泵的水力设计方法研究概况  16-18
    2.1.1 流体机械的无粘流动与粘性流体  16-17
    2.1.2 离心泵水力设计分析  17-18
  2.2 冲压焊接离心泵粘性流设计研究  18-22
    2.2.1 关于粘性边界层的分析  18
    2.2.2 离心泵内流运动方程的建立  18-20
    2.2.3 冲压离心泵过流部件的关键技术特征研究  20-22
  2.3 大流量冲压焊接多级离心泵主要部件的设计  22-27
    2.3.1 冲压泵主要设计参数  22-23
    2.3.2 叶轮的水力设计  23-26
    2.3.3 压水室的设计及计算  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章冲压焊接多级离心泵的多目标优化  28-39
  3.1 冲压焊接多级离心泵多目标优化模型的建立  29-33
    3.1.1 决策向量的建立  29
    3.1.2 目标向量的建立  29-33
    3.1.3 约束条件设置  33
  3.2 基于遗传算法的多目标优化  33-36
    3.2.1 引言  33-34
    3.2.2 多目标遗传算法的遗传机制描述  34-35
    3.2.3 MATLAB多目标遗传算法(MOGA)的确定  35-36
  3.3 冲压泵水力模型几何参数优化算例  36-38
    3.3.1 算例数学模型的确定  36-37
    3.3.2 数学模型的求解  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章冲压焊接多级离心泵的实体造型与网格划分  39-48
  4.1 冲压泵扭曲式叶轮的实体造型  39-43
    4.1.1 扭曲式叶轮水力模型的确定  39-40
    4.1.2 扭曲式叶轮的三维改型设计  40-42
    4.1.3 其它类型叶轮及离心泵压水室三维模型设计  42-43
  4.2 冲压多级泵的流场造型及网格划分研究  43-47
    4.2.1 冲压焊接多级离心泵过流部件的流道造型  43-45
    4.2.2 网格生成技术的确定  45-46
    4.2.3 冲压焊接离心泵的网格生成  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章冲压焊接多级离心泵流场的数值模拟  48-66
  5.1 流场数值模拟解析  48-56
    5.1.1 控制方程  48-50
    5.1.2 湍流模拟方法  50-51
    5.1.3 湍流模型  51-54
    5.1.4 控制方程的离散  54
    5.1.5 流场数值计算方法  54-55
    5.1.6 CFD软件简述  55-56
  5.2 冲压焊接多级离心泵的数值模拟  56-65
    5.2.1 离心泵计算模型及方程离散的制定  56-57
    5.2.2 边界条件的设置  57-58
    5.2.3 计算解析  58-60
    5.2.4 内流机理分析  60-65
    5.2.5 性能预测  65
  5.3 本章小结  65-66
第六章总结与展望  66-68
  6.1 研究结果总结  66-67
  6.2 研究展望  67-68
附录  68-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间发表的学术论文  79

大流量冲压焊接多级离心泵设计方法与内流机理研究

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