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《長短葉片離心泵三維湍流數(shù)值模擬與piv測試分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、潘光星：長短葉片離心泵三維湍流數(shù)值模擬與PIV測試研究三第1章緒論1．1課題研究背景和意義低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵在石油化工、輕工、城市煤氣輸送、航空航天等領(lǐng)域應用廣泛。低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵流量小、揚程高。由葉片泵歐拉方程知，提高泵揚程可通過增大葉輪直徑和葉片出口角、提高轉(zhuǎn)速及增加葉片數(shù)等措施實現(xiàn)。但這些措施在增加泵揚程的同時卻又帶來新的問題，葉輪直徑D2增大，泵的圓盤損失亦增大，因圓盤損失與葉輪直徑的5次方成正比，且占總損失功率20％～60％；增大葉片出口角磊，相應的葉片包角減小、葉片變短、葉槽狹長、平面擴散嚴重；過高的轉(zhuǎn)速，葉輪內(nèi)液體質(zhì)點所受離心力和科里奧力增大，葉片進口易產(chǎn)生二次回流、葉片出口
2、吸力面與壓力面速度梯度過大，易產(chǎn)生射流一尾跡等；而過多的葉片數(shù)z則會增加葉片進口的排擠。因此，按傳統(tǒng)設計方法，低比轉(zhuǎn)速離心泵外特性常呈現(xiàn)效率偏低、揚程流量曲線易出現(xiàn)駝峰、小流量工況易產(chǎn)生不穩(wěn)定、功率流量曲線隨流量增大上升急劇、在大流量區(qū)電機易過載等問題。為了改善低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵性能，國內(nèi)學者從上世紀70年代開始就進行了試驗研究，已研制出一批水力性能較好的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵。概括目前低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的設計理論和方法主要有加大流量設計法、無過載設計法、面積比設計法和長短葉片設計法等。I力Ⅱ大流量設計法是在人們普遍采用加大葉片出口角屐、葉片出口寬度墳、泵體喉部面積E、減少葉輪外徑砬以及減少葉片數(shù)z
3、等措施提高低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵效率的實踐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通過放大流量(或比轉(zhuǎn)速)設計一臺較大的泵，利用大泵的效率曲線在設計點包絡小泵的效率曲線而提高效率，但采用加大流量設計法后，揚程流量趨線變得平坦，相同流量下的軸功率增大，泵在大流量易超載，而小流量時，加大流量設計的大泵效率卻比普通設計方法設計的小泵低，且大泵作小泵用也不經(jīng)濟。無過載設計方法主要解決的是低比轉(zhuǎn)數(shù)泵在大流量區(qū)易超載問題，通過減少歷、墳、F等參數(shù)，設計出具有陡降揚程益線和飽和軸功率特性的離心泵，其不良后果是流道較狹窄，包角較大，不利于鑄造，且效率下降。面積比設計的原理是尋求最佳的葉輪與泵體匹配，把葉輪與泵體作為整體考慮，用葉
4、輪特征面積(葉輪葉片間的出口面積)和泵體特征面積(泵體喉部面積)之比y(面積比)來反映葉輪特性與泵體特性的匹配，研究y變化時對泵性能及設計參數(shù)影響，設計中依不同設計要求選擇不同面積比。綜上所述，不難看出上述三種設計方法是研究者分別從效率、無過載、葉輪與泵體匹配等不同研究層匾提出的，有針對性，但也存在較大的局限性。長短復合葉片設計理念則從改善葉輪內(nèi)部流場和壓力場出發(fā)，2一揚州大學碩士學位論文通過在長葉片間設置短葉片沖刷尾流，有效防止尾流產(chǎn)生和發(fā)展，增大了有限葉片修正系數(shù)，從而增加泵揚程或減小葉輪外徑，可有效地改善流速分布提高泵性能，是低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵很有發(fā)展前景的設計方法f】羽。自從人們
5、探索性發(fā)現(xiàn)在離心泵出口處添加分流短葉片可提高泵的性能以來，國內(nèi)外學者開展了分流短葉片設計參數(shù)對泵性能影響的單因數(shù)、多因數(shù)、多因數(shù)正交等外特性試驗研究，并進行了經(jīng)驗總結(jié)。按此理念設計的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵在實際工程中己得到應用，但其設計理論、設計方法目前還很不完善，主要依靠設計者經(jīng)驗，理論上大都局限于勢流理論，試驗主要是外特性研究。雖然近年來也逐步開展了湍流數(shù)值模擬研究，但研究還不系統(tǒng)深入，特別是缺乏內(nèi)流場測試的比較研究。因此，論文選擇長短葉片復合葉輪為研究對象，從其內(nèi)特性出發(fā)，運用現(xiàn)代粒子圖像測速技術(shù)(PⅣ)和三維紊流數(shù)值模擬(CFD)相結(jié)合的方法，研究復合葉輪設計參數(shù)對內(nèi)、外特性的影響規(guī)
6、律，旨在探求復合葉輪優(yōu)化設計準則和方法。該研究對高性能低比轉(zhuǎn)數(shù)長短葉片離心泵的優(yōu)化設計，具有重要的理論和應用價值。論文研究得到了江蘇省高校自然科學基金項目(低比轉(zhuǎn)速長短葉片離心泵內(nèi)部流動特性研究06l己虺470126)和江蘇省水利動力工程重點實驗室開放基金項目(低比轉(zhuǎn)速離心泵復合葉輪內(nèi)部流場激光測試及數(shù)值模擬研究ⅪS02035)資助。1．2長短葉片離心泵的研究現(xiàn)狀1．2．1長短葉片離心泵外特性試驗研究復合葉輪外特性研究始于上世紀七十年代，前蘇聯(lián)xJlo兀eHKoBrIFD】對原葉輪直徑為162毫米，葉片出口角24。的2K—-6型離心泵采用車削葉片至133毫米后再焊接同一斷面形狀、出口
7、角B2=90。的18片短葉片，設計了兩段變曲率大出口角雙級復合式葉輪，研究結(jié)果表明，泵揚程增加20％。95％，效率在大流量區(qū)提高了12~18％，汽蝕、噪音也得到改善，研究還指出如果在具有很長的和平順擴散的葉道后彎葉輪中，使所有葉片的出口端約在葉片總長的15～35％段上平順地向前彎曲至夠2=80?！?35。，同時在葉輪出口處主葉片間再設置短的與主葉片端前彎葉片葉型相同的輔助葉片(其長度等于前彎段長度或大于10~20％)，則設計高效離心泵和提高其揚程的任務就能
