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自吸离心泵内气液两相流计算及性能实验研究

作　者: 岳乐
导　师: 黄思
学　校: 华南理工大学
专　业: 油气储运工程
关键词: 立式自吸离心泵实验研究数值模拟气液两相流自吸时间
分类号: TH311
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

自吸泵属于特殊离心泵。它只需要在首次启动前向泵内注入一定量的水，以后再次启动时则不需要灌泵。自吸泵以其特有的性能，被广泛应用于农业、消防、石油化工、电力、食品等部门。尤其近年来在油气储运工程中，取得了非常广泛的应用。近年来，随着计算流体力学(CFD)的广泛应用以及计算机硬件水平的提高，很多学者都对自吸泵内部气液两相流的数值模拟做了相关研究，在一定程度上了解了自吸泵内的流动状态和水力性能。但这些研究也存在一些问题：这些模拟计算基本上是采用自吸泵入口含气率按某个固定值作为边界条件的处理办法。但现实中自吸泵启动前，一部分吸入管路充满气体。泵启动后在一段很短的时间内，泵入口的含气率随时间和空间的变化都非常显著，所以上述的模拟计算与实际情况会有较大偏差。因此本文将采用理论分析结合泵内流场的定常与非定常数值模拟以及模型泵的实验等手段，对立式自吸离心泵内部流场以及自吸过程进行分析研究。本文将主要进行如下工作：(1)通过广泛查阅国内外相关资料，对自吸泵的研究发展现状以及国内外的研究成果做以总结。并介绍自吸泵的基本工作原理、结构、自吸性能的影响因素。还要对自吸离心泵主要过流部件进行水力设计。(2)对立式自吸离心泵的模型泵首先进行性能试验。要测量在不同流量工况下，模型泵的扬程、效率及功率的性能曲线。然后通过实验得到模型泵的外特性曲线。(3)应用Pro/ENGINEER对泵内流体的流动域进行三维造型，再利用ANSYS提供的ICEM软件进行网格划分。(4)应用CFX软件对泵内单液相流场进行定常数值模拟。研究流场的压力和流速分布规律以及外特性变化特征，并要得到自吸离心泵的性能曲线的预测值。再将实验得到的性能曲线与预测的性能曲线进行对比，以验证数值模拟的可靠性。(5)利用CFX软件对泵内气液两相流进行非定常数值模拟，研究在泵的自吸过程中，泵内气液两相流的含气率、压力和流量的分布规律及流动特征。对叶轮入口、泵出口、蜗壳出口及蜗壳孔口处的相关参数进行了监测，并将结果进行对比分析，最后根据泵出口的气相流量，给出了估算自吸泵自吸时间的方法。此外，还研究挡板结构对自吸泵的特殊作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 概述  11-12
  1.2 WFB 型立式自吸离心泵的工作原理  12-14
  1.3 国内外研究现状  14-19
    1.3.1 自吸泵设计与试验研究现状  14-17
    1.3.2 数值模拟研究现状  17-19
  1.4 本课题研究内容、目的及意义  19-21
    1.4.1 研究内容  19-20
    1.4.2 研究目的及意义  20-21
第二章立式自吸离心泵的结构、性能及水力设计  21-35
  2.1 自吸泵的结构分类  21-25
    2.1.1 概述[60]  21
    2.1.2 气液混合式自吸泵[60]  21-23
    2.1.3 WFB 系列立式自吸离心泵  23-25
  2.2 立式自吸离心泵的性能及其影响因素  25-27
    2.2.1 自吸泵的自吸性能  25
    2.2.2 自吸泵自吸性能的影响因素  25-27
  2.3 过流部件水力设计  27-34
    2.3.1 叶轮主要几何参数的确定  28-32
    2.3.2 蜗壳主要参数设计[60]  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章立式自吸离心泵的实验研究  35-45
  3.1 概述  35
  3.2 实验装置及试验台布置  35-40
    3.2.1 模型泵  35-37
    3.2.2 参数测量系统  37-38
    3.2.3 试验台布置  38-40
  3.3 实验内容和方法  40-41
    3.3.1 实验内容  40
    3.3.2 实验方法  40-41
  3.4 实验数据处理及性能曲线分析  41-43
    3.4.1 实验控制台  41-42
    3.4.2 实验数据记录  42-43
  3.5 本章小结  43-45
第四章立式自吸离心泵内部流场定常数值模拟  45-65
  4.1 数值模拟的步骤  45-46
  4.2 流体流动域的三维建模及网格划分  46-50
    4.2.1 概述  46-47
    4.2.2 自吸泵流动区域的三维建模  47-48
    4.2.3 网格划分  48-50
  4.3 边界条件与收敛判据  50-54
    4.3.1 边界条件  50-51
    4.3.2 收敛判据  51-54
  4.4 计算结果及分析  54-60
    4.4.1 压力场分布  54-58
    4.4.2 速度场分布  58-60
  4.5 性能曲线  60-64
    4.5.1 性能曲线预测  60-62
    4.5.2 性能曲线预测值与实验结果的比较  62-63
    4.5.3 误差分析  63-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章立式自吸离心泵内部流场非定常数值模拟  65-88
  5.1 概述  65-66
  5.2 流动域的三维模型及网格划分  66
  5.3 边界条件及初始条件  66
  5.4 计算结果及分析  66-74
    5.4.1 气液两相分布  66-70
    5.4.2 气液两相流场  70-71
    5.4.3 压力场分布  71-73
    5.4.4 估算自吸时间  73-74
  5.5 无挡板的立式自吸离心泵的非定常模拟  74-81
    5.5.1 概述  74-75
    5.5.2 无挡板立式自吸离心泵计算域  75-76
    5.5.3 计算结果及分析  76-81
  5.6 泵内流场有、无挡板非定常数值模拟结果对比分析  81-86
    5.6.1 叶轮入口气液两相流对比分析  81-83
    5.6.2 泵出口气液两相流对比分析  83-84
    5.6.3 蜗壳孔口和出口气液两相流对比分析  84-86
    5.6.4 自吸时间估算对比分析  86
  5.7 本章小结  86-88
第六章总结与展望  88-91
  6.1 全文工作总结及结论  88-89
  6.2 主要创新点  89
  6.3 工作展望  89-91
参考文献  91-96
攻读硕士学位期间发表的论文  96-97
致谢  97-98
附件  98

自吸离心泵内气液两相流计算及性能实验研究

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