离心泵内部流动失稳机理及其性能改进研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文离心泵内部流动失稳机理及其性能改进研究离心泵内部流动失稳机理及其性能改进研究摘要离心泵耗能巨大，提高离心泵的效率，可以充分利用有限能源，提高经济效益。目前国内外学者，对离心泵进行了较多研究，但是由于离心泵内部流动结构复杂，存在二次流、涡流、分离、射流—尾迹等复杂流动，使得流动失稳机理尚不完全清楚，有待进一步深入研究。近20年以来，随着计算机硬件技术，数值计算技术的发展，CFD计算在离心泵等流体机械内应用越来越广泛。计算流体力学的基本原理是应用计算机数值求解流场的控制方程，获得整个计

2、算域离散的网格点上的流动参数。但是目前在国内，CFD技术依然处于较为基础的阶段，为了更好地利用CFD技术研究离心泵等叶轮机械复杂的流动，还需要对CFD技术进行更深入的分析和研究。此外，离心泵内部流动失稳机理目前尚未十分清楚，缺乏有效的分析离心泵内部失稳的准则，在借鉴国内外研究人员的工作基础上，本文对CFD技术在离心泵流场结构研究、性能预测、流场参数分析等方面的应用进行了一些尝试和探索，并且应用能量梯度方法，在离心泵内部流动失稳方面做一些探索性工作。本文主要工作内容包括以下几个方面：全流场数值计算、基于能量

3、梯度理论的离心泵内部稳定性分析、离心泵性能改进研究。首先通过阅读和分析大量的相关文献，确定旋转坐标系下，离心泵内部流畅数值计算的支配方程，然后利用三维绘图软件进行几何建模，获得离心泵进口、叶轮和蜗壳组成的计算域，并对其进行网格划分，分别将不同网格密度和湍流模型的数值计算结果与实验结果进行对比，确定了适合实验离心泵的网格密度和湍流模型，然后通过数值计算获得离心泵全流场参数，在Q/Qn=0.2~1.2流量范围内，离心泵扬程、轴功率、效率的预测曲线与实验获得的曲线吻合较好，然后结合能量梯度理论研究离心泵失稳的机

4、理，最后对离心泵进行了优化。本文研究结果表明：将能量梯度方法应用于分析离心泵内部流动是合理的，控制K参数在叶轮机械内部的分布，可以为改进叶轮机械的设计提供理论指导。此外，本文的研究结果也为揭示离心泵内复杂流动现象的作用机理提供了参考，对离心泵失稳研究及实施流动控制，以及对湍流的理论研究和工程应用都具有一定的意义。关键词：离心泵能量梯度方法数值模拟流动失稳性能改进I浙江理工大学硕士学位论文离心泵内部流动失稳机理及其性能改进研究StudyonMechanismofFlowInstabilityandImpro

5、vementofCentrifugalPumpAbstractThepumpconsumesalotofenergyintheindustry.Itcanmakefulluseoflimitedenergyandimprovetheeconomicbenefittoimprovetheefficiencyofthecentrifugalpump.Althoughthescholarsatdomesticandoverseashavemademanyworkinresearchingthecentrifug

6、alpump,theflowinstabilitymechanismisnotfullyclear,duetothecomplexityofflowinthepump(secondaryflow,vortexflow,thecomplexflowseparationandjet-wakeandsoon).Itremainstobefurtherin-depthstudy.Inrecent20years,alongwiththecomputerhardwaretechnology,thedevelopmen

7、tofnumericalcalculationtechnology,CFDmethodisbecomingwidelyusedinfluidmachinery.Computationalfluiddynamics,usuallyabbreviatedasCFD,isabranchoffluidmechanicsthatusesnumericalmethodsandalgorithmstosolveandanalyzeproblemsthatinvolvefluidflows.Computersareuse

8、dtoperformthecalculationsrequiredtosimulatetheinteractionofliquidsandgaseswithsurfacesdefinedbyboundaryconditions.Withhigh-speedsupercomputers,bettersolutionscanbeachieved.Inourcountry,theapplicationsandresearchofCF