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小流量工况下离心泵内部流动特性分析

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 离心泵流动特性研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 离心泵模型与数值计算方法

2.1 离心泵模型

2.2 计算域网格

2.3 数学模型

2.4 边界条件

2.5 网格无关性验证

2.6 本章小结

第三章 离心泵内部流场定常数值研究

3.1 外特性结果

3.2 进口管道流场分析

3.3 叶轮及蜗壳流场分析

3.4 本章小结

第四章 离心泵内部流场非定常数值研究

4.1 速度分析

4.2 压力分析

4.3 压力脉动分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

1.结论

2.展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

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摘要

随着社会和科学技术的发展,人们越来越重视离心泵运行的可靠性、稳定性、高效性和低振动性,而离心泵性能的好坏在很大程度上取决于内部流动情况。一般情况下,离心泵在设计流量工况下运行时,其内部流动较好,速度和压力分布具有普遍规律,但是由于系统装置变化等原因,离心泵经常需要在变工况下运行,大多情况下是在小流量工况下运行。当离心泵在小流量工况下运行时会出现很多不稳定的流动现象,如流动分离、回流以及旋转失速等。同时离心泵在小流量工况下运行也会加剧叶轮-蜗壳之间的动静干涉作用,从而引起振动和水力噪声,严重影响泵系统的可靠性和稳定性。
  为了更好的理解和掌握离心泵运行于小流量工况下的内部流动特性,本文从不稳定流动现象出发,对一比转速为66的离心泵运用雷诺时均方程和湍流模型进行了数值模拟分析。本文的主要研究内容如下:
  1.应用Pro/E软件对离心泵进行三维建模,使用ICEM对模型泵进行网格划分,然后通过网格无关性验证,选定较为合理的网格数以使模拟结果更加精确和可信。
  2.对离心泵运行于1.0Qd~0.1Qd工况下的内部流场进行定常数值研究,分析叶轮进口回流和叶轮流道分离漩涡的发展过程,通过对叶轮进口流场进行周向和轴向速度分析,获取不同工况下回流发生区域。
  3.对离心泵运行于1.0Qd、0.6Qd、0.3Qd和0.1Qd工况下的流场进行非定常数值计算,在叶轮-蜗壳交界面、蜗壳周向以及蜗壳断面设置监测点,分析距离隔舌和叶轮进口不同位置处的速度和压力分布。
  4.通过对蜗壳壁面以及断面上监测点的压力分析,得到蜗壳内部的压力脉动情况,探讨隔舌以及叶轮与蜗壳之间的距离对压力脉动的影响,并通过快速傅里叶变换(FFT)对其进行频域分析,获取引起压力脉动的主要激励频率。

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