离心泵动静叶栅内流模拟及优化分析

叶轮机械在国民经济各部门中占有非常重要的地位,在工业、农业、国防各部门中获得广泛的应用,叶轮机械内部流道形状复杂,其内部流动常常伴随着分离流动、旋转失速等三维非定常现象,特别是叶轮机械的旋转部件和静止部件之间相互干涉耦合,使得内部流动更为复杂。本文所研究的模型离心泵作为叶轮机械的一种,其内部的动静叶相互干涉耦合效应更为显著,并且这种耦合现象也常见于汽轮机中,所以明晰模型离心泵内部流场特性以及其“动静耦合”现象对流场分布的影响尤为重要。本论文首先对离心泵相关理论进行研究,然后进行数值模拟分析建模,在模型离心泵稳态流场的基础上,进行了非稳态分析,以更精确的确定模型离心泵整个流场的分布及“动静耦合”对于离心泵内流场的分布影响,最后提出离心泵模型流场优化方案,并进行数值模拟实验分析,主要内容如下:1、本论文对离心泵的基本理论进行了介绍,后对其内部流动进行了详细地分析,阐述了离心泵内部的非定常流动现象。介绍了时均雷诺方程应用于离心泵模拟中的理论基础,及本文数值模拟数学模型的选定。2、本论文在明确模型离心泵基本组成尺寸及工作原理的基础上,针对本文研究对象的实际工况以及设计参数,制订了相应的数值模拟实验方案,进行几何模型的建立及计算网格的划分,随后进行了网格的无关性验证,最终给出了额定工况下稳态流场的分析。3、在稳态流场的分析基础上,进行了模型离心泵的非稳态研究。研究动静叶相对位置的不同,对于模型离心泵全流场分布的影响。分析非稳态时额定工况下,同一时刻模型离心泵流场自后盘向前盘的整体分布;分析不同时刻动静叶相对位置不同时对于模型离心泵整体流场分布影响,同时通过与相同的离心泵的PIV实验对比,验证了模拟的准确性。最后研究了非稳态状况不同流量工况下的模型的内流场的分布以及“动静耦合”对于不同工况下的流场的影响。4、最后在内流场数值模分析研究以及离心泵内流理论的基础之上,对动叶轮叶片及静叶轮叶片的出口角度进行了优化研究,综合分析离心泵的效率及流场分布的均匀性,确定了离心泵模型的优化方案,为优化离心泵模型提供较为合理的参考。

模型离心泵; 数值模拟; 流场分析; 动静耦合; 结构优化;

李意民;

TH311

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