海水淡化用提升泵數(shù)值模擬及流固耦合研究.pdf

1、中國(guó)是一個(gè)淡水資源嚴(yán)重缺乏的國(guó)家，反滲透海水淡化技術(shù)由于其設(shè)備投資小、能量消耗低、建造周期短等優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)發(fā)展迅速，已成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)。
　　 本文是依托國(guó)家十一五科技支撐項(xiàng)目《萬(wàn)噸級(jí)膜法海水淡化關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究》而提出的，目的是設(shè)計(jì)一臺(tái)符合其技術(shù)指標(biāo)的高效提升泵。由于海水淡化系統(tǒng)中泵和能量回收裝置的效率指標(biāo)對(duì)其能耗指標(biāo)影響很大，因而加強(qiáng)對(duì)提升泵效率的研究具有很重要的意義，本文對(duì)提升泵研究展開(kāi)內(nèi)容如下：
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2、.在優(yōu)秀水力模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變泵效率主要影響參數(shù)的尺寸；結(jié)合損失極值法、相似換算法以及離心泵設(shè)計(jì)軟件等方法進(jìn)行水力設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出三種優(yōu)秀水力模型。
　　 2.借助Pro/E軟件對(duì)泵的水力部件進(jìn)行三維造型；借助CFX軟件，并合理選取內(nèi)部流動(dòng)的N-S方程、湍流模型、N-S方程的數(shù)值解法以及邊界條件等，對(duì)三組水力模型進(jìn)行三維定常計(jì)算。根據(jù)三組水力模型的計(jì)算結(jié)果，挑選出一組流量-揚(yáng)程曲線變化緩慢，效率較高且高效區(qū)較寬廣的水力模型進(jìn)行試

3、驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明各性能參數(shù)計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好，在設(shè)計(jì)工況下，試驗(yàn)泵揚(yáng)程為40.5m，效率為81％，完全符合設(shè)計(jì)要求。
　　 3.利用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX，在三維定常計(jì)算的結(jié)果上，對(duì)泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行三維非定常求解，研究了模型泵內(nèi)部湍流情況、壓力脈動(dòng)情況以及葉輪出口壓力的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力變化基本成正弦周期變化；不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)、不同流量下，壓力脈動(dòng)的主要影響頻率為葉輪葉片轉(zhuǎn)過(guò)的頻率，且在設(shè)計(jì)流量幅度值較小，偏離設(shè)計(jì)流

4、量幅度值增大;葉輪出口附近的壓力在兩隔舌之間基本呈對(duì)稱分布。
　　 4.利用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX和結(jié)構(gòu)有限元軟件ANSYS12.0對(duì)提升泵內(nèi)部流場(chǎng)和葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙向同步交替計(jì)算流固耦合聯(lián)合求解。研究葉輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在流體作用下的應(yīng)力分布與結(jié)構(gòu)變形、流體受結(jié)構(gòu)變形的影響、速度場(chǎng)與壓力場(chǎng)的變化等。研究結(jié)果表明，葉輪結(jié)構(gòu)在流場(chǎng)的作用下發(fā)生了變形，最大變形處為兩葉片之間的后蓋板處；葉輪最大應(yīng)力點(diǎn)為葉片出口與前后蓋板相接的地方；流固耦合作用