斜流泵启动过程瞬态非定常内流特性及实验的研究

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1、classifiedIndex：丁纠弓BUDC：名讣6V7、，Ph．D．DissertationExperimentalstudyandnumericalsimulationontransientcIiaraCterlStlCS0Imixed-tloWpumpduring·lJ●J●n‘l由1ostartingperiod·●●ByLiWeiMajor：FluidMachineryandEngineeringSupervisor：Prof．ShiWeidongJiangsuUniversityDecember，2012独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，

2、是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：三翦冬矽11年1五月巧日学位论文版权使用授权书『IMMIIIIIIIIIIIHIY2259468江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或

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4、和管路系统的安全稳定运行带来严重影响。因此，研究斜流泵启动过程瞬态水力特性和内流机理，建立斜流泵适用于瞬态工作环境的设计、优化和应用方法具有重要的理论意义和工程应用价值。目前，斜流泵瞬态流动的研究理论十分缺乏。本文在斜流泵稳态工况非定常流动特性研究的基础上，优化设计具有较好稳态水力性能和汽蚀性能的研究模型，建立准稳态、瞬态启动内部流动的数值计算方法和叶轮转子动态特性的耦合模型，搭建斜流泵瞬态启动性能测试实验台。采用数值计算和实验研究相结合的方法，对斜流泵瞬态外特性和内部瞬态流动机理进行研究，为斜流泵瞬态工作过程中的非定常流动控制和优化提供理论依据。1．采用二元

5、理论优化设计了2种斜流泵模型，并通过稳态数值计算方法对斜流泵模型在不同转速下的外特性和汽蚀性能进行预测分析。由于方案a的无量纲外特性和汽蚀性能均优于方案b。因此，将具有良好稳态水力性能的方案a模型作为本文启动过程瞬态内流特性研究的水力模型。2．采用准稳态数值计算方法分别对斜流泵模型在750、1150、1450r／min稳态转速下的外特性和内流场进行分析，并数值预测了1450r／min稳态转速下不同工况点的外特性和内流场分布。由于准稳态数值计算方法忽略了叶片旋转加速对外特性的影响，数值预测的瞬态外特性结果与实验瞬态外特性存在较大差别。对比准稳态工况与稳态转速不同

6、流量下的内部非定常流动，准稳态工况内流场呈现一定的相似性，内部流动结构明显区别于稳态工况因流量变化引起的周期性非定常流动。3．针对准稳态数值方法预测斜流泵启动过程瞬态水力特性准确性差的问题，建立了斜流泵启动过程瞬态性能的数值计算方法。提出采用滑移交界面对斜流泵启动过程进行数值模拟，通过CEL表达式控制叶轮加速度，通过改变变量赋值来达到不同的启动效果，瞬态数值计算方法预测的瞬态外特性与实验结果吻合较好，相比准稳态数值计算的内流场，瞬态数值计算方法解析的内部流动因考虑叶轮旋江苏大学博士学位论文：斜流泵启动过程瞬态非定常内流特性及实验研究转加速度和流体惯性力的影响表

7、现出更强烈的非定常性，并由此带来不同于准稳态工况的瞬态外特性。4．基于瞬态流动的数值计算结果，首次采用双向交替流固耦合方法对斜流泵启动过程中的叶轮流场和结构场进行联合求解，获得了斜流泵启动过程瞬态效应对叶轮应力和应变的影响规律。叶轮旋转加速度带来的瞬时水流冲击对叶轮轮毂处造成了更大的应力集中，最大等效应力呈现几何倍数增长。动应力和变形量随转速变化趋势为斜流泵叶轮的瞬态水力特性优化设计及可靠运行提供理论参考。5．建立斜流泵瞬态性能测试实验台，进行了瞬态外特性、PIV内流测量和瞬态压力脉动测量。通过改造进口管结构首次实现了对斜流泵垂直轴截面进口流场的PW拍摄。实验

8、得到的外特性结果、瞬态的速度矢量场和压