射流式自吸離心泵的設計理論、數值模擬及實驗研究.pdf

1、本課題屬“十五”國家重大科技專項“輕小型移動式與大型自走式噴灌機組配套產品研制與產業(yè)化開發(fā)(項目編號：2002AA6Z3161)”項目。 自吸泵廣泛應用于農業(yè)、船舶、市政、電力、礦山、化工等部門。與普通離心泵相比，這種泵能夠實現自吸，因此應用廣泛，特別是在現代化農業(yè)中實現自動化控制的節(jié)水灌溉方面，自吸式噴灌泵是其核心設備。我國目前生產的自吸泵基本上都是離心式自吸泵，泵的自吸方式大多數是氣液混合式，可分為內混式和外混式兩種型式。這

2、種結構型式的自吸泵由于采用渦殼式壓水室，因此具有較大的氣液分離室，從而導致泵的體積、重量過大，搬運困難。泵體結構復雜，鑄造、加工難度相對較大，而且性能上還存在一些不足，如吸程較低，必需汽蝕余量較大，自吸時間較長，運行費用較高。 因此，本文在分析自吸噴灌泵自吸原理的基礎上，為了達到改進水力設計方法和自吸結構，以提高泵的效率和自吸性能，提出了一種新型的自吸泵——射流式自吸噴灌泵。該泵在結構上作了以下創(chuàng)新：①進口流道引入射流自吸裝置；

3、②壓水室采用導葉式結構。自吸裝置對泵的進口流場能夠形成負壓區(qū)，提供比較大的真空度，提高了自吸性能，縮短了自吸時間，也提高了整個機組的性能和效率，降低了運行成本。壓水室采用導葉式結構能夠盡快地把液體的動能轉換為壓力能，同時能夠使泵腔內的流動更趨合理均勻，提高泵內氣液分離的能力，并且能平衡葉輪徑向力。對于該泵的內部結構分析采用三維流場數值計算，因為三維數值模擬計算能夠比較直觀地表達泵內的流動信息。最后設計生產出的自吸泵，并對該泵進行實驗研究

4、，分析實際工況下上述的改變對功率、流速、自吸性能的影響，利用實驗來比較驗證計算的結果。本文的主要工作如下： 1.概述了自吸泵的研究現狀和前人的研究成果，提出了一種新型射流式自吸泵的設計理論及方法。指出了本課題研究的理論含義和實踐意義。 2.利用三維造型軟件Pro/ENGINEER，繪出了泵以及泵自吸裝置結構的三維立體模型。簡要介紹了網格生成技術，并把混合結構網格生成技術應用于射流式自吸泵的進口流場。通過構造泊松方程源項P

5、、Q、R分布函數控制網格的疏密度。 3.概括介紹了湍流與計算流體力學的發(fā)展現狀及在工程中的應用，對計算模型進行了闡述，應用商業(yè)CFD軟件FLUENT對進口三維不可壓湍流流場進行數值模擬，確定其求解區(qū)域并引入邊界條件，采用更符合實際工程中廣泛應用的RNGk-ε雙方程湍流模式，利用有限體積法對控制方程進行離散，采用交錯網格存放變量，然后用SIMPLE算法來求解，并對計算的結果進行了分析和研究。計算研究的結果對自吸泵性能和水力設計理論

6、的完善提供了一定理論依據，對進一步的實驗研究具有一定的指導意義。 4.利用以上的設計理論和方法設計、生產出了射流式自吸泵，并對該泵進行了實驗研究，對于泵的自吸性能實驗，本文對泵體回流孔位置和面積大小，以及回流裝置和回流射流的噴嘴直徑等都進行深入的研究，在大量試驗的基礎上找出這些參數的最優(yōu)方案，從而基本能解決自吸泵自吸性能與泵效率之間的矛盾。 5.最后總結了計算和實驗的結果，綜合分析了兩者的聯系和區(qū)別，得到一套比較合理的設