文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
轴流泵叶顶间隙对内部流场及性能影响的数值分析
姓名:马静先
申请学位级别:硕士
专业:流体机械与工程
指导教师:杨军虎
20070508
要摘轴流泵叶轮叶项间隙的大小,叶轮叶片外缘的几何形状及间隙内流场分布是影响轴流泵效率、空化余量的重要因素之一,,通过改变泵壳外径的方法取得七种不同的叶轮叶顶间隙值:.、.、。在设计工况下./,对不同叶顶间隙值下的流道内部流场进行了计算。通过分析计算结果发现:叶片背面、叶片顶面是受间隙流场影响最严重的区域;间隙内部低压中心随着叶轮叶顶间隙值增大沿叶片外缘向叶轮出口方向转移;间隙内轴向速度沿叶轮外缘弦长方向分布不一致,泄露流动最严重的区域在叶轮外缘%ブ嵯蛳页ごΓü约湎赌谥崦媪鞒〗蟹治觯观察到了泄漏涡的形成与发展;当间隙值增大到。保湎赌诓砍现旋涡;利用计算结果对泵的扬程和水力效率做了预测,发现扬程和水力效率均随间隙值增大而下降;在叶轮叶顶间隙取值不大于即。该泵的扬程和水力效率下降不大。因此当仅考虑扬程和水力效率时,推荐叶轮叶顶间隙取值在此范围内,此值比设计手册推荐值稍大。其次,以叶轮叶顶间隙值为例,研究了修圆叶轮叶片外缘在改善间隙流场方面的作用。根据设计、运行经验,分别以两倍间隙值、叶片外缘厚度一半、叶片外缘厚度三分之二为半径修圆叶片工作面外缘;在修圆叶片工作面外缘基础上尝试了修圆叶片背面外缘。结果表明以两倍叶顶间隙值为半径修圆叶片工作面外缘能提高问隙内最低压力,降低了间隙空化空蚀发生的可能性;另外,此种修圆方案下叶轮水力效率比其它修圆方案高。因此建议采用以间隙值的两倍为半径修圆叶片工作面外缘,以达到降低间隙空化空蚀发生的目的。为了验证数值模拟的准确性,分别计算了该泵在不同流量下的扬程。计算值和实验值比较发现在.。杓屏髁范围内误差小于ァS纱怂得魇模拟结果较准确。关键词:潜水轴流泵;叶顶间隙;泄漏涡;修圆叶片;数值模拟;空化空蚀硕士学位论文
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、扬程低、结构简单、使用方便等特点,在农田排灌、防洪排涝、城市给排水、跨流域调水工程等方面得到了广泛应用,因此提高轴流泵的效率和运行稳定性具有重要的现实意义。轴流式叶轮机械中【,虽然叶片顶部要影响【甜。叶顶间隙值的微小变化,可导致叶轮机械的效率、稳定工作范围和运顶间隙值从甀%R堵种本增大到%?杉G逡抖ゼ湎读鞫媛杉凹湎缎孤┝鞫哉隽鞯懒鞫挠跋欤研究流体机械内部流场的方法主要有理论分析、实验研究和数值模拟三种。轮内部流动的真实情况,随着测试技术和可视化技术的发展有了很大发展。但旋转叶轮内部流动测试困难,设备复杂投入高,要得到全面细致的内部流场比较困难。建立在计算流体力学值模拟方法则克服了这方面的问题并具有一定的可靠性。随着计算机技术及计算数值计算的首要工作是建立物理流动的数学模型,即反映流体流动情况的数早期的数值计算方法是不考虑粘性的,认为整个流场是有势流,这种方法被称为无粘性流或势流预测法。二十世纪五十年代,吴仲华教授提出了基于、相关的二维方程组求解,简化了计算,【,⒄沽嘶诰断蚱胶夥匠痰牧飨咔史ǎ籇⒄沽艘轮机械内无粘全三维流场的计算方法。这一时期,以二维和三维势函数和欧拉方程组为基础建立的无粘定常流动计算方法已趋于成熟。这些研究为认识叶轮机械间隙的几何尺寸同整个流道相比很小,但却对叶片流道将近%区域的流动产生影响。叶顶间隙引起的泄漏流动对流场结构、能量传输、负荷能力及损失有着重行噪音产生重大影响。有研究表明【,对比转数—的轴流泵叶轮,叶择合适的叶顶间隙值,对改进轴流泵设计,提高其性能有重要意义。理论方法具有普遍指导意义,但很难得到形象的流场信息。实验方法最能反映叶,简称基础上的数方法的发展,数值模拟技术已成为研究叶轮机械内部流场的重要手段。学方程。数值模拟就是通过求解这些方程来描述流场,它的发展经历了由二维到三维,由不考虑粘性到考虑粘性的过程。流面迭代求解的三维流动理论及近似处理方法”拚撤匠套榉纸馕A礁内部流动规律,提高叶轮机械的研究水平做出了很大贡献。硕士学位论文
.。认为设计工况附近转轮内粘性的影响仅限于固壁边界附近很薄的区域内,在边界层外粘性作用很小,作为无粘流动处理。代表性的方法有以下几种【俊势流一边界层叠代求解法:这种方法把流道内的液流分为无