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户用沼液泵的研究与开发

作　者: 沈文金
导　师: 刘在伦
学　校: 兰州理工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 沼液泵水力设计三维造型固液两相流数值模拟性能分析
分类号: TH38
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,在国家一系列惠农政策的推动下,农村沼气建设得到了快速发展。但是在沼气池的使用过程中,由于沼渣沼液中含有残余沼气,致使沼渣沼液难以清除,在农村废弃沼气池的现象较为普遍。为了解决农村沼气池除渣除液难的问题,本课题结合农户用电、沼气池结构、容积以及目前沼渣沼液清除的状况研发双流道式户用沼液泵。本课题以沼液泵作为研究对象,通过对沼液泵全流场水力设计、过流部件三维造型及CFD数值模拟,对其性能进行了预测与分析,取得的研究成果如下:1.根据我国农村地区大力推广的地下式沼气池结构、容积,确定了沼液泵的设计参数和结构形式。该泵电机置于池面、泵体潜入沼液,电机采用220伏交流电动机,沼液泵重量轻、移动方便、操作简单、安全可靠。2.流道中线的确定是双流道泵设计的关键技术。本课题比较了两种阿基米德螺旋线的曲率变化情况,给出了双流道叶轮流道中线方程的选择依据。3.利用Pro/Engineer软件良好的三维造型功能,对沼液泵过流部件进行三维造型。通过编入阿基米德螺旋线公式的方法生成叶轮流道中线,这样生成的流道中线快速、准确,叶轮的实体造型更加精确。4.本课题结合分析了流道中线对叶轮造型的影响。在叶轮实体造型过程中,流道断面在空间中容易相交,导致叶轮流道造型失败。因此,单纯的叶轮平面水力设计不能保证形成光滑的内流道。此时叶轮的三维实体造型可以对其进行校核。在不能生成光滑的内流道时,可以依次修改断面空间安放角度、流道过流断面面积变化规律、流道中线方程,最终得到光滑的叶轮流道。5.利用CFD技术对沼液泵在清水、固液两相介质下进行全流场定常数值模拟计算。为了得到固相颗粒直径、浓度对泵性能的影响规律,对沼液泵在设计工况下分别输送相同固相浓度、不同颗粒直径和相同颗粒直径、不同固相浓度的固液两相介质进行模拟计算。通过对内部流场数值模拟结果分析得到了沼液泵在输送两相流介质时的水力性能变化及流道磨损情况,为进一步深入研究沼液泵奠定了一定理论基础。6.研究表明,本课题所设计的沼液泵符合给定设计参数及性能的要求;说明沼液泵的水力设计是合理的;双流道泵作为沼液泵能满足户用沼气池清除沼渣沼液的要求;该结构形式的沼液泵具有重大的推广价值。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究的目的和意义  10-12
  1.2 国内外户用沼液泵研究现状  12-15
  1.3 主要研究工作  15-17
第二章固液两相流动理论  17-24
  2.1 多相流理论的研究与发展  17-19
  2.2 多相流模式  19
  2.3 典型两相流模型  19-22
  2.4 多相流建模方法及选择  22-24
第三章沼液泵结构形式与水力设计  24-34
  3.1 沼液泵结构方案及参数的确定  24-25
  3.2 叶轮水力设计  25-31
    3.2.1 叶轮主要尺寸确定  25-26
    3.2.2 叶轮轴面图绘制  26
    3.2.3 叶轮流道的绘制  26-31
  3.3 压水室水力设计  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章沼液泵三维实体造型及网格划分  34-41
  4.1 泵的三维实体造型概述  34-35
  4.2 叶轮三维造型  35-36
  4.3 网格划分  36-40
    4.3.1 网格的分类  37-38
    4.3.2 网格划分基本原则  38-39
    4.3.3 计算域网格的划分  39-40
  4.4 本章小结  40-41
第五章沼液泵内部流场 CFD 数值模拟计算  41-59
  5.1 常用 CFD 商用软件概述  41-42
  5.2 计算模型的确定与数据处理  42-43
  5.3 沼液泵全流道定常数值模拟  43-57
    5.3.1 沼液泵全流场清水介质数值模拟  43-47
    5.3.2 沼液泵全流场固液两相数值模拟  47-52
    5.3.3 不同固相体积分数对泵性能影响  52-56
    5.3.4 不同固相颗粒直径对泵性能影响  56-57
  5.4 本章小结  57-59
结论与展望  59-61
  结论  59-60
  展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
附录A 攻读学位期间公开发表的论文  66

户用沼液泵的研究与开发

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