外混式自吸噴灌泵非定常數(shù)值模擬及回流閥系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題系國家高新技術(shù)研究發(fā)展(863計劃)項目“變量噴灑低能耗輕小型灌溉機(jī)組”(編號：2006AA100211)部分內(nèi)容。
　　 自吸噴灌泵是節(jié)水噴灌系統(tǒng)的重要設(shè)備。外混式自吸噴灌泵因其運(yùn)行可靠，自吸時間短，受廣大用戶歡迎。但外混式自吸噴灌泵大多數(shù)不使用回流閥，效率低；有些即使使用回流閥，也存在關(guān)閉不嚴(yán)等問題，同樣影響效率。本文從回流閥對外混式自吸噴灌泵效率的影響出發(fā)，設(shè)計了外混式自吸噴灌泵水力模型，通過CFD數(shù)值模擬、理論分析

2、和試驗研究等方法，對回流閥進(jìn)行深入的研究，提出了回流閥的優(yōu)化設(shè)計方案。本文主要研究工作和研究成果如下：
　　 1.外混式自吸噴灌泵的水力設(shè)計。以一元理論為基礎(chǔ)，對外混式自吸噴灌泵葉輪、蝸殼、回流孔、儲液室、氣液分離室等進(jìn)行水力設(shè)計。并進(jìn)行樣機(jī)的試驗研究。
　　 2.外混式自吸噴灌泵數(shù)值模擬。運(yùn)用FLUENT軟件對回流孔未完全關(guān)閉(模型1)和回流孔完全關(guān)閉(模型2)兩種模型進(jìn)行三維定常和非定常數(shù)值模擬。模擬結(jié)果揭示了外混式

3、自吸噴灌泵內(nèi)受葉輪.蝸殼動靜干涉引起的非定常流動特性。蝸殼1-8斷面和回流閥附近共26個監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動形式基本一致。第5斷面回流孔處和回流閥附近監(jiān)測點(diǎn)壓力脈動峰值與靜壓均值的偏差最小，偏差值為1.3％～2.5％。從壓力脈動影響回流閥穩(wěn)定性的方面來考慮，應(yīng)將回流孔布置在從隔舌起沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向200°～220°之間。
　　 3.壓力脈動試驗。采用壓力傳感器與虛擬儀器(LabVIEW)測量了外混式自吸噴灌泵第3、5(回流孔所處位置)

4、、7斷面處的壓力變化規(guī)律以及泵自吸啟動過程中的壓力變化。試驗結(jié)果表明了，三個斷面的壓力變化趨勢與模擬結(jié)果相一致，且第5斷面回流孔處壓力脈動峰值與靜壓均值的偏差最小，偏差值為4％。結(jié)合非定常模擬結(jié)果和壓力脈動試驗結(jié)果，表明了將回流孔設(shè)置在第5斷面處是正確的。
　　 4.碗式回流閥力學(xué)分析。通過理論和試驗相結(jié)合的方法，分析了外混式自吸噴灌泵在自吸過程和正常運(yùn)行時碗式回流閥的受力情況，提出了碗式回流閥的受力計算公式。運(yùn)用ANSYS軟件

5、對碗式回流閥進(jìn)行了有限元計算，得到了外混式自吸噴灌泵在自吸過程和正常運(yùn)行時碗式回流閥的位移變化及應(yīng)力分布。有限元計算結(jié)果表明了，泵自吸時，該碗式回流閥變形較小，不會關(guān)閉回流孔；泵正常運(yùn)行時，該碗式回流閥軸向位移為13.582mm，已經(jīng)自動關(guān)閉回流孔。
　　 5.外混式自吸噴灌泵水力模型試驗。在自動堵回流孔和人工堵回流孔兩種情況下對65ZB-40C型自吸噴灌泵進(jìn)行了水力性能試驗。試驗結(jié)果表明兩種情況下交點(diǎn)處的效率差僅為0.95％。