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旋涡泵内部流场的数值模拟及优化设计

作　者: 黄龙
导　师: 陈燎原
学　校: 安徽理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 旋涡泵 CFD 数值模拟内部流场结构参数优化设计
分类号: TH314
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

旋涡泵作为输送液体的叶轮机械在消防、锅炉给水、船舶供水和一般增压场合中应用广泛。目前,旋涡泵存在的主要问题是效率偏低,如何改进其转子与流道结构,进而改善内部流场提高泵的工作效率,是旋涡泵的一项研究课题。本文是通过仿真方法进行的,通过Pro/E对旋涡泵进行三维造型,用前处理软件对其内部流动区域进行网格划分；运用CFD软件Fluent进行了泵内部流场的数值计算,得到泵的水力特性参数,再利用表格处理软件Excel和曲线拟合软件Origin7.5完成旋涡泵的外部性能曲线绘制。旋涡泵的优化设计工作：对叶轮的叶片数、叶片类型、流道厚度、流道宽度等多个结构参数进行优化,对各组模型的非额定工况特性进行详细分析,得出了多个模型的最佳尺寸。在单个结构参数优化的基础上,对旋涡泵整体结构进行了综合优化设计。文中还介绍了旋涡泵实验方法,以及使用Fluent进行水泵优化设计时提高软件运行效率的方法。最后在旋涡泵的优化设计部分,得出了旋涡泵各种模型的工况曲线图,通过对比曲线的差异,得出了叶片的交错和对称是如何对旋涡泵的性能产生影响的,还有不同叶片数以及流道的结构参数的设计对旋涡泵的性能的影响。最终得到经过优化过的模型,在部分性能方面有所提升。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-15
  1.1 旋涡泵概述  11-13
  1.2 课题研究背景  13
  1.3 课题研究内容  13-14
  1.4 课题研究意义  14-15
2 旋涡泵性能参数和计算流体力学技术  15-21
  2.1 旋涡泵的结构及其工作过程  15
  2.2 旋涡泵的主要性能参数  15-16
  2.3 旋涡泵的工作原理  16-18
  2.4 计算流体动力学概述  18-21
    2.4.1 计算流体动力学  18-19
    2.4.2 计算流体力学的发展  19
    2.4.3 CFD技术在研究旋涡泵内部流场中的应用  19-21
3 旋涡泵的内部流动特性  21-35
  3.1 模型的建立  21
  3.2 网格的划分  21-22
  3.3 计算参数的设置  22-24
  3.4 流体机械的内部流动的数值模拟  24-27
    3.4.1 流体机械内部流动纳维—斯托克斯方程  24-25
    3.4.2 无黏性流动解  25-26
    3.4.3 黏性流动计算  26-27
  3.5 结果分析  27-34
    3.5.1 旋涡泵的内部压强的比较  27-29
    3.5.2 流道内的流场分析  29-30
    3.5.3 流道壁面的静压比较  30-34
  3.6 本章小结  34-35
4 旋涡泵性能测试以及与仿真的对比  35-45
  4.1 水泵性能检测  35-40
    4.1.1 流量的测量  36
    4.1.2 旋涡泵扬程的测量  36-38
    4.1.3 轴功率的测量  38
    4.1.4 旋涡泵效率的测量  38-39
    4.1.5 旋涡泵转速测量  39-40
  4.2 测量的结果及图表水泵性能检测  40-44
  4.3 本章小结  44-45
5 旋涡泵的优化设计  45-87
  5.1 旋涡泵的设计选型  45-56
    5.1.1 旋涡泵的设计选型  45-46
    5.1.2 旋涡泵的分类  46-49
    5.1.3 旋涡泵的流量调节  49-50
    5.1.4 旋涡泵的设计计算  50-56
  5.2 不同模型的建立  56-59
  5.3 结果分析  59-76
  5.4 各种模型的工况曲线汇总  76-84
  5.5 旋涡泵参数的优化设计  84-85
  5.6 本章小结  85-87
6 结论与展望  87-89
  6.1 结论  87-88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-91
致谢  91-93
作者简介及读研期间主要科研成果  93

旋涡泵内部流场的数值模拟及优化设计

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