離心泵內(nèi)流場三維湍流數(shù)值模擬與PIV測試研究.pdf

1、由于采用長短葉片相間設(shè)計(jì)的復(fù)合式葉輪能夠避免葉片進(jìn)口排擠、有效阻止渦流及脫流的產(chǎn)生和發(fā)展及改善葉輪流道的擴(kuò)散狀況，使其具有流量小、揚(yáng)程高、高效、小流量穩(wěn)定等性能指標(biāo)，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便等特點(diǎn)。目前，具有長短葉片的復(fù)合式葉輪已廣泛應(yīng)用于石化、輕工及航空航天等領(lǐng)域。
　　 不同的短葉片設(shè)置方案對離心泵性能有不同的影響，故有必要從離心葉輪內(nèi)特性出發(fā)來研究分析短葉片不同設(shè)置方案對泵外特性的影響。本文采用三維湍流數(shù)值模擬方法對三種

2、不同短葉片設(shè)置方案的葉輪內(nèi)流場進(jìn)行研究，同時(shí)利用粒子圖像速度儀(PIV)測試了其中兩副葉輪的內(nèi)流場，分析得出了長短葉片離心葉輪內(nèi)部流動(dòng)參數(shù)的分布規(guī)律；本文最后在前人研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三副低比轉(zhuǎn)速高速離心泵，利用ANSYS CFX軟件計(jì)算了其全流道的三維定常湍流流動(dòng)；研究結(jié)果對長短葉片離心葉輪的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。
　　 本文的主要工作有：
　　 1、結(jié)合AutoCAD與Pro/ENGINEER軟件對葉輪及蝸

3、殼進(jìn)行三維實(shí)體造型，采用ICEM-CFD軟件對葉輪及蝸殼進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分；
　　 2、基于雷諾時(shí)均Navier-Stockes方程和標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型，利用CFD軟件(ANSYS CFX11.0)對三副長短葉片離心葉輪在七種不同流量工況進(jìn)行全流道定常數(shù)值模擬，捕捉了葉輪內(nèi)部相對速度、靜壓等重要流動(dòng)參數(shù)的分布規(guī)律，并進(jìn)行對比分析；
　　 3、應(yīng)用粒子圖像速度儀(PIV)對2副長短葉片離心葉輪的同一個(gè)葉槽在五種流量工

4、況下的內(nèi)流場進(jìn)行測試研究，分析得到了葉輪中間斷面的相對速度矢量圖和等值線圖，并對比分析不同葉輪內(nèi)部相對速度分布狀況；
　　 4、對比分析了數(shù)值模擬結(jié)果和PIV測試結(jié)果，分析了兩者之間存在差異的原因；
　　 5、介紹了低比轉(zhuǎn)速高速離心泵的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)了三副短葉片起始直徑不同的復(fù)合葉輪及蝸殼，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對高速離心泵進(jìn)行整機(jī)網(wǎng)格剖分，數(shù)值模擬計(jì)算了五種流量工況下的內(nèi)流場，對比分析了葉輪內(nèi)部的靜壓場及相對速度場，分析了短