冲压多级离心泵优化设计与流动特性分析.pdf

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1、冲压多级离心泵优化设计与流动特性分析OptimizationDesignandIntemalFlowCharacteristicsAnalysisofStampingMultistageCentrifugalPump2014年4月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己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

2、人承担。学位论文作者签名：糯如时年6具}啦学位论文版权使用授权书江苏大学、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、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密∥。学位论文作者签名：

3、磊是磊功噼年6其}俎江苏大学硕士学位论文摘要随着工业技术的不断进步，机械自动化程度日益提高，不锈钢板材冲压产品发展迅速。同时由于人们对环保意识的广泛认知及节能减排思想的不断深入，冲压泵作为一种轻型、环保、高效、卫生的优秀产品，应用领域十分广泛，得到社会相关行业的深切重视。因此本文的研究不仅具有极大的实用价值，同时也能够产生深远的社会效益。该泵将板材冲压工艺、金属焊接工艺与水力设计进行了完美的结合，体现了浓重的现代工艺制造特点，而现有的水力设计方法已经不能充分满足设计上的需求。随着国内冲压泵生产厂家数量不断增多，许多冲压泵产品的研发设计问题亟待解决及突破。本文在总结水

4、泵设计方法的基础上，以一台典型冲压多级离心泵的性能要求作为目标，将多目标模糊优化方法作为工具，进行过流部件的水力设计及结构设计。经过CFD计算手段获得预测数据，进而与实测结果进行对比，考证模糊优化方法的可行性；在对内部流场分析的基础上，探讨冲压多级离心泵稳态和瞬态的流动特征；旨在探索一种新的设计方法并拓展模糊优化的应用范围。以下为本文研究的主要内容及取得的成果：1．扼要总结及剖析国内外冲压泵产品的发展现状及研究趋势。分析表明，冲压泵是一种水力设计与工艺设计结合非常紧密的泵类产品，单纯考虑其中任何一种因素都不能满足实际工程应用需求，对其进行优化设计是非常有必要的。2．

5、对当前泵的主要水力设计理论进行简要概述，通过分析发现原有的设计方法都存在着一定的适用范围，直接应用在冲压多级离心泵的设计上显得不完全适合。定性分析发现几何参数对离心泵的性能影响复杂，并在一定范围内存在最优组合。3．介绍了模糊优化算法的发展及应用，根据产品性能要求在设计工况下建立含有理论扬程最大与轴功率最小的多目标函数；结合传统设计经验及冲压工艺需求建立约束条件，利用LINGO软件求解出一组最优解集，并据此进行冲压多级离心泵叶轮及导叶的水力设计。采用Creo2．0绘制过流部件三维实体模型，同时阐述了叶轮及导叶制造方式及工艺特点。4．对数值模拟技术进行简单介绍，基于IC

6、EMCFD高质量的结构化网格对该冲压多级离心泵进行两级泵体的全流场稳态模拟。通过与实测值进行对比，结冲压多级离心泵优化设计与流动特性分析果表明在设计点及大流量工况处数值模拟准确性程度较高，同时也验证了模糊优化方法基本达到设计要求及在水泵设计应用上的可行性。5．经过对内部流动特征进行研究，发现总体静压分布及湍动能分布较为相似，在做功和能量交换的位置产生较大的波动。通过静压分析，表明整体式叶片对非设计工况下的压力分布影响明显。在0．5Q及1．5Q工况下，各流道压力分布近似以1200阵列分布。而在1．OQ工况下叶轮各流道压力分布相似，受流道形状影响较小。通过速度场的对比分

7、析，表明叶轮入口流态对内部旋涡现象影响较大，不同工况下首级叶轮内部流态均好于次级叶轮。叶轮内部出现流动紊乱、旋涡现象均发生在叶片压力面附近位置，而在叶片吸力面附近位置流态比较平稳。反导叶内部流场分布较为复杂，并且部分反导叶流道进口处同时存在两个流动方向相反的旋涡区域。在0．5Q工况处，内部的旋涡区域占据了大部分流道面积；随着流量增加旋涡区域向反导叶进口处移动，而在反导叶出口处流态较为平稳。6．不锈钢冲焊叶轮形式多种多样，研究表明圆柱形叶片叶轮效率高于整体式叶片叶轮，同时其耗用轴功率也相对较少。但两者的扬程曲线相差不大，变化趋势相同。从工艺角度出发，整体式叶片焊接