高比转速蜗壳混流泵内流数值模拟与试验研究.pdf

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1、高比转速蜗壳混流泵内流数值模拟与试验研究NumericalSimulationofInternalFlowFieldandNumericalimulationofInternalFlowFieldandExperimentalResearchinHighSpecificSpeedMixed·-FlowPumpwithVolute姓2014年6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己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

2、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：；丧7}灰wfq年6目f6日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

3、《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口。学位论文作者签名：张六次剜￡f年‘月“日指导教师签名：／弘f悔小五荔钼江苏大学硕士学位论文摘要随着社会的高速发展，混流泵越来越多地应用于工农业生产，人们对混流泵这一水力机械的性能要求也越来越高。对混流泵的叶轮、蜗壳等部件的合理设计，可以改善内流场的分布，进而提高混流泵的水力性能。混流泵在运行过程中不可避免地会发生空化现象，空化发生后，受空泡的影响，流场分布会发生改变，使得扬程和效率下降，并引起机组的振动，产生噪音，威胁水泵的安全稳定运

4、行。本文以国家自然科学基金重点项目“水力机械的空化特性及对策”(编号：51239005)和江苏省水利厅项目“高比转速蜗壳混流泵优化设计理论与模型开发”(编号：2010057)为依托，以理论分析、数值模拟和模型试验为研究手段，对高比转速蜗壳混流泵内部流动进行三维数值计算，对不同工况下泵的无空化内部流动和空化流动进行定常和非定常分析，探寻泵内部流动规律，并以试验结果加以验证，本文的主要研究内容和结论有：1．以高比转速蜗壳混流泵为研究对象，在采用ANSYS—Workbench自带的自适应网格技术的基础之上，对泵内流场进行数值模拟，对其叶轮叶片和蜗壳截面的压力分布及

5、流线分布进行分析。预测了不同叶片角度下的泵外特性，根据外特性曲线发现泵的水力性能可基本满足设计要求，并与试验结果相吻合。研究了不同工况下泵内各监测点的压力脉动、叶轮径向力和轴向力，计算结果表明：各监测点基本上周期性明显，叶轮径向力合力和轴向力的波动也呈现出非常规律的周期性。2．研究了空化工况下泵内的空化流动，计算结果表明：随着有效净正吸头的降低，叶轮流道内逐渐出现空泡，当空泡越来越多时，空泡会造成叶轮流道的阻塞并开始影响泵的水力性能，空泡越多空化现象越严重。3．研究了泵空化条件下效率下降现象，计算结果表明：随着有效净正吸头的减小，叶轮流道内的空泡增多并对泵的

6、水力性能产生影响，导致泵的水力效率下降，随着有效净正吸头的进一步减小，泵效率曲线开始出现陡降趋势，随着叶轮流道内的空泡不断增多，效率下降明显，当空泡充斥整个叶轮流道时，阻塞严重，此时为空化断裂工况，效率F降最为剧烈。4．研究了不同叶片数下高比转速蜗壳混流泵的空化性能，结果表明：随着叶I高比转速蜗壳混流泵内流数值模拟与试验研究片数的增加，混流泵的临界有效净正吸头逐渐减小，在相同的有效净正吸头NPSHA下，随着叶片数减少，空泡体积分数值增加，空化现象越严重，对泵性能的影响也越明显。5．研究了空化工况下泵内各监测点的压力脉动、径向力和轴向力，计算结果表明：所有监测

7、点都有4个明显的波峰波谷，和叶轮叶片数相同，各监测点的主频均以叶片通过频率为主，空化现象越严重，压力脉动幅值越大，对泵的影响也越大；叶轮受到的瞬态径向力合力的波动呈现非常规律的周期性，都是4个波峰和波谷，与叶轮叶片数相同，且空化严重时瞬态径向力合力的大小整体偏大；空化严重时泵会发生剧烈振动，导致叶轮所受到的轴向力的绝对值增大。6．对模型泵进行了加工铸造，并对模型泵整机进行试验研究，把试验值和CFD数值模拟的预测值进行对比分析，试验结果与计算结果比较吻合，误差在5％以内，属于合理的误差范围，泵的开发满足设计要求。关键词：高比转速蜗壳混流泵，数值模拟，空化，压力

8、脉动，试验II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTW