离心泵动静叶栅内流模拟及优化分析

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1、硕士学位论文离心泵动静叶栅内流模拟及优化分析Numericalsimulationandoptimizationoftherotor-statorinteractioninthecentrifugalpump作者：卞庆飞导师：李意民教授中国矿业大学2015年04月中图分类号学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文离心泵动静叶栅内流模拟及优化分析Numericalsimulationandoptimizationoftherotor-statorinteractioninthecentrifugalpump作者卞庆飞导师李意民申

2、请学位学术型硕士培养单位电力工程学院学科专业流体机械及工程研究方向流体机械答辩委员会主席评阅人二○一五年四月论文审阅认定书研究生卞庆飞在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月致谢紧张而又充实的研究生生活即将结束，在硕士毕业论文完成之际，我要向所有支持、关心、帮助过我的人们表示最诚挚的谢意！由衷地感谢尊敬的导师李意民的谆谆教诲。李老师在学习、生

3、活、工作方面给予了我无微不至的关怀，为我提供一切可能的机会进行学习和锻炼，可以说我的每一步成长，每一点成绩都凝聚着李老师的心血。李老师严谨的治学态度，扎实深厚的学识功底，敏锐的洞察力，果断的工作作风，都是我终生学习的榜样。本论文是在李老师的精心指导下完成的。李老师的言传身教使我受益匪浅。谨向李老师致以深深的谢意！由衷地感谢周忠宁、万波老师对本论文的选题、思路、模拟、撰写、以及文章的修改等进行了精心指导，并提出许多具有指导性的建议。由衷地感谢师兄张昕喆，师弟张晓宇、张国杰、彭凯、吴继青等，在我论文模拟和撰写的整个过程中给予的帮助和支持以及在我生

4、活中带来的乐趣，与你们共同进步的日子令人难忘！由衷地感谢电力工程学院所有关心和帮助过我的老师和硕士研究生，感谢你们在学业上的指导和生活上的照顾，祝你们工作顺利，前程似锦！由衷地感谢参与论文评审和答辩的各位老师，你们给了我一个审视几年来学习成果的机会，让我能够明确今后的发展方向，你们对我的帮助是一笔无价的财富，祝你们工作顺利，幸福安康！卞庆飞2015.04于中国矿业大学镜湖摘要叶轮机械在国民经济各部门中占有非常重要的地位，在工业、农业、国防各部门中获得广泛的应用，叶轮机械内部流道形状复杂，其内部流动常常伴随着分离流动、旋转失速等三维非定常现象，

5、特别是叶轮机械的旋转部件和静止部件之间相互干涉耦合，使得内部流动更为复杂。本文所研究的模型离心泵作为叶轮机械的一种，其内部的动静叶相互干涉耦合效应更为显著，并且这种耦合现象也常见于汽轮机中，所以明晰模型离心泵内部流场特性以及其“动静耦合”现象对流场分布的影响尤为重要。本论文首先对离心泵相关理论进行研究，然后进行数值模拟分析建模，在模型离心泵稳态流场的基础上，进行了非稳态分析，以更精确的确定模型离心泵整个流场的分布及“动静耦合”对于离心泵内流场的分布影响，最后提出离心泵模型流场优化方案，并进行数值模拟实验分析，主要内容如下：1、本论文对离心泵的

6、基本理论进行了介绍，后对其内部流动进行了详细地分析，阐述了离心泵内部的非定常流动现象。介绍了时均雷诺方程应用于离心泵模拟中的理论基础，及本文数值模拟数学模型的选定。2、本论文在明确模型离心泵基本组成尺寸及工作原理的基础上，针对本文研究对象的实际工况以及设计参数，制订了相应的数值模拟实验方案，进行几何模型的建立及计算网格的划分，随后进行了网格的无关性验证，最终给出了额定工况下稳态流场的分析。3、在稳态流场的分析基础上，进行了模型离心泵的非稳态研究。研究动静叶相对位置的不同，对于模型离心泵全流场分布的影响。分析非稳态时额定工况下，同一时刻模型离心

7、泵流场自后盘向前盘的整体分布；分析不同时刻动静叶相对位置不同时对于模型离心泵整体流场分布影响，同时通过与相同的离心泵的PIV实验对比，验证了模拟的准确性。最后研究了非稳态状况不同流量工况下的模型的内流场的分布以及“动静耦合”对于不同工况下的流场的影响。4、最后在内流场数值模分析研究以及离心泵内流理论的基础之上，对动叶轮叶片及静叶轮叶片的出口角度进行了优化研究，综合分析离心泵的效率及流场分布的均匀性，确定了离心泵模型的优化方案，为优化离心泵模型提供较为合理的参考。该论文图55幅，表7个，参考文献83篇。关键词：模型离心泵；数值模拟；流场分析；动

8、静耦合；结构优化IAbstractTurbomachineryplayedaveryimportantroleinallbranchesofthenationale