冲压泵导叶出口与叶轮进口匹配关系的探讨与研究

论文摘要

离心泵是一种通用流体机械,广泛应用在工业生产和社会生活的各个领域。近年来,随着冲压离心泵的问世及发展,冲压泵已逐步取代了铸造泵。冲压泵采用冲压成型制造技术,不仅避免了铸造工艺的缺点,而且水力性能也优于传统铸造泵。如今,冲压泵已广泛应用于石油化工、油脂、食品、饮料、酿酒、医药卫生、电力、纺织、印染、环保、水处理、表面处理、电子机械、楼宇供水等行业。导叶是冲压泵级间重要的固定过流部件,它兼备吸水室和压水室的双重作用,不仅可以导流,还可以回收能量。本文采用MDP40-8-8冲压立式多级离心泵作为研究对象,采用CFD数值模拟方法,对其中的两级进行数值模拟,研究了导叶出口与叶轮进口的匹配关系,并选择了其中的一个方案进行了试验验证。本文的主要研究工作包括：（1）简要介绍和分析了导叶结构设计方法,查阅大量书籍及文献,整理并总结出了导叶出口直径、导叶进出口安放角以及导叶叶片数的相关计算公式,为文中改变导叶设计参数的方案作理论铺垫。（2）简要介绍了Pro/ENGINEER三维制图软件,并应用Pro/E软件绘制了不同设计参数下导叶模型,再将不同导叶与其他过流部件分别组装组件,导入Gambit中采用非结构化网格进行分块网格划分,再将网格文件用Fluent软件写入后进行数值模拟计算,最后用CFD数据后处理技术对计算结果进行分析比较,得出了导叶与叶轮中流场的分布情况和内部流动特征。（3）将各组数值模拟的数据进行分析,得出在改变导叶参数情况下,叶轮中流态的优劣情况,模拟结果表明,在改变导叶出口直径、导叶出口安放角、导叶叶片数以及导叶出口和叶轮进口距离等设计参数时,叶轮中的流态均受到了影响。（4）选择数值模拟研究的其中一组方案进行试验研究,对方案中不同的导叶尺寸制造出样机,整理并分析试验数据,试验结果与数值模拟结果具有较高的相似性,证明了数值模拟的正确性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 冲压泵及应用
• 1.1.2 导叶类型及原理
• 1.1.3 导叶和叶轮的匹配分析
• 1.2 国内外研究现状和主要问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 主要问题
• 1.3 本文研究内容及意义
• 1.3.1 研究主要内容
• 1.3.2 主要研究意义
• 第2章 理论结构设计计算和分析
• 2.1 导叶结构设计方法
• 2.1.1 导叶结构设计原则
• 2.1.2 导叶结构设计方法
• 2.1.3 流体速度三角形
• 2.1.4 流体流动损失分析
• 2.2 导叶结构设计计算
• 2.2.1 进出口安放角
• 2.2.2 导叶叶片数
• 2.2.3 导叶进出口直径
• 2.3 本章小结
• 第3章 CFD内流场三维建模及求解技术
• 3.1 冲压离心泵的结构和设计参数
• 3.2 流体域三维实体建模
• 3.2.1 Pro/E三维建模软件简介
• 3.2.2 叶轮流体区域建模
• 3.2.3 导叶流体区域与中段环形空间流体区域建模
• 3.2.4 离心泵流体域整机装配
• 3.3 计算流体区域网格划分及边界条件的定义
• 3.3.1 网格类型与网格划分
• 3.3.2 边界条件类型设定
• 3.4 数值模拟计算方法
• 3.4.1 物理方程
• 3.4.2 湍流模型
• 3.4.3 耦合模型
• 3.5 CFD计算结果后处理技术
• 3.6 本章小结
• 第4章 导叶出口和叶轮进口匹配的研究
• 4.1 模拟方案组
• 4.1.1 导叶出口直径方案组
• 4.1.2 导叶出口安放角方案组
• 4.1.3 导叶叶片数方案组
• 4.1.4 导叶出口与叶轮进口的距离方案组
• 4.2 MDP40-8-8离心泵导叶出口与叶轮进口的匹配关系分析
• 4.2.1 内流场特性分析
• 4.2.2 叶轮中流场特性分析
• 4.3 改变导叶出口直径方案组的模拟结果
• 4.3.1 导叶出口处截面的圆周速度变化分析
• 4.3.2 第二级叶轮内流场变化分析
• 4.3.3 冲压泵外特性分析
• 4.4 改变导叶出口安放角方案组的模拟结果
• 4.4.1 导叶出口处截面的圆周速度变化分析
• 4.4.2 第二级叶轮内流场变化分析
• 4.4.3 冲压泵外特性分析
• 4.5 改变导叶叶片数方案组的模拟结果
• 4.5.1 导叶出口处截面的圆周速度变化分析
• 4.5.2 第二级叶轮内流场的分析
• 4.5.3 冲压泵外特性分析
• 4.6 改变导叶出口与叶轮进口距离方案组的模拟结果
• 4.6.1 导叶出口处截面的圆周速度变化分析
• 4.6.2 第二级叶轮内流场变化分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 试验研究
• 5.1 试验装置和试验方法
• 5.1.1 试验装置
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 冲压泵单级性能试验分析
• 5.2.2 不同导叶叶片数下的离心泵性能试验
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果