双吸离心泵进口流场数值模拟

论文摘要

双吸离心泵的应用相当广泛,不论工厂、矿山、城市给水排水还是农田排灌均可使用。它与单吸泵相比,有较大的流量,较好的吸上性能；与混流泵比,有较高的扬程。通过分析发现,采用半螺旋型吸水室的双吸离心泵的进口冲角设计对该类泵的汽蚀性影响较大。所以,一般选取正冲角,采用正冲角有利于减小流动水力损失,提高泵的抗汽蚀性能,且对效率影响不大。倘若取负冲角,则泵的抗汽蚀性能将明显恶化,为此本文对该泵的叶片进口冲角进行计算。同时,由于采用半螺旋型吸水室的双吸离心泵叶片进口的传统设计方法中经验系数的范围较大,结果不精准。为此,本文对不同部分流量下的经验系数进行计算,缩小其范围,为此类泵设计提供参考。本文通过CFD软件对1200S56型大型双吸离心泵进行全流道数值模拟和分析,其主要内容如下：1.建立采用半螺旋型吸水室的双吸离心泵的三维模型,并进行了网格划分,将画好网格的模型导进Fluent中,对其进行全流道三维数值模拟。2.在输送清水时,双吸离心泵叶轮从进口到出口,压力经历了先降低后升高的过程,相同半径处,叶片工作面压力较背面压力高；双吸离心泵叶轮从进口至出口,速度逐渐增加,相同半径处,速度从叶片背面到叶片工作面逐渐增大。叶轮速度场、压力场有轻微分布不均现象,这与采用半螺旋型吸水室的双吸离心泵特殊结构有关。3.通过对1200S56型大型双吸离心泵内部流场的模拟和分析计算，精确了该类泵的叶片进口角的设计中涉及的经验公式中经验系数m的取值范围,为该类泵的设计提供参考。4.通过CFD数值模拟对该泵设计流量工况、大于设计流量工况进行分析计算,计算出各工况叶片进口边前后盖板流线及中间流线的叶片进口冲角,得出在设计流量工况及1.2Q工况时叶片进口冲角均为正值；在1.4Q工况时,叶片进口边前盖板流线、后盖板流线产生了负冲角,中间流线叶片进口冲角为正,以此对该泵的汽蚀性进行分析说明。5.通过设计流量工况的CFD模拟分析对该泵的叶片进口边前、后盖板流线以及中间流线上的vuR值进行计算,计算结果显示其符合经验公式vuR=const。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 泵的发展简史
• 1.3 常见的吸水室的形式
• 1.4 离心泵内部流场研究概况
• 1.4.1 理论分析
• 1.4.2 实验研究
• 1.4.3 数值模拟
• 1.4.4 湍流模型的选型
• 1.4.5 CFD商业软件的开发与应用
• 1.5 课题的意义与所研究的主要内容
• 1.5.1 课题的意义
• 1.5.2 课题研究的主要内容
• 第2章 计算模型的建立和网格生成
• 2.1 三维实体模型的建立
• 2.2 计算域网格的划分
• 2.2.1 网格生成要求
• 2.2.2 结构化网格
• 2.2.3 非结构化网格
• 2.2.4 非结构网格的光滑技术
• 2.2.5 混合网格
• 2.2.6 网格划分软件的选取
• 2.2.7 网格划分过程
• 第3章 内部流动的数值模拟方法
• 3.1 准备计算网格
• 3.1.1 计算网格的读入
• 3.1.2 统一单位
• 3.1.3 网格检查
• 3.1.4 平滑和交换网格
• 3.2 设置模型
• 3.2.1 选择求解器
• 3.2.2 运行环境的选择
• 3.3 确定计算模型
• 3.4 定义材料
• 3.5 定义边界条件
• 3.6 定义离散方法
• 3.7 计算的初始化和迭代
• 3.8 收敛判据
• 3.9 计算结果
• 第4章 模拟结果的分析与计算
• 4.1 离心泵模拟结果分析
• 4.1.1 扬程与效率的计算
• 4.1.2 不同流量下的压力分布
• 4.1.3 不同流量下的速度分布
• 4.2 进口经验公式中经验系数m值计算
• 4.3 叶片进口冲角计算
• 4.3.1 设计工况下叶片进口冲角计算
• 4.3.2 大于设计流量工况下叶片冲角计算
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录