一、离心泵叶轮直径确定方法的讨论(论文文献综述)
张辉[1](2021)在《离心泵叶轮拓扑优化设计方法研究》文中研究表明离心泵是一种在众多行业都有着广泛应用的流体机械,其在运行过程中受各种能量损失的影响,运行效率较低。叶轮作为泵内唯一的做功部件,对泵的整体性能影响显着,因此针对离心泵叶轮结构进行优化设计对于提升泵的性能具有重要意义。针对传统的叶轮设计方法受设计者经验及已有叶轮模型水力性能限制的局限性,本文采用流体拓扑优化方法对叶轮结构进行优化设计。流体拓扑优化方法不受设计者经验的限制,能够通过优化算法自动获得符合设计要求的优化构型。本文基于水平集法和多孔介质模型进行离心泵叶轮流道拓扑优化设计方法的研究,以分布在设计域内若干位置上的水平集函数值作为设计变量,通过Laplace方程插值获得设计域内整体的水平集分布。构造了两种流固区域描述方式,一种以零水平集为流固区域的分界,采用离散的单元渗透率描述流固区域分布;另一种将单元水平集函数值映射为连续的单元密度,并采用连续的单元渗透率描述流固区域分布。通过开源软件OpenFOAM进行叶轮流场的求解,以最小化能量耗散、涡量和流体的扭矩功率为优化目标函数,在流体体积约束条件下,对叶轮的流道进行多目标拓扑优化设计。本文的主要研究内容如下:(1)研究设计域内设计变量的插入方式及水平集函数的插值流程,建立两种拓扑优化流程下水平集函数与单元渗透率之间的函数关系,在OpenFOAM中实现旋转坐标系下流动控制方程的求解及优化目标函数的计算,编写程序建立OpenFOAM与优化算法的连接,实现设计变量与目标函数值的传递,建立水平集拓扑优化方法的优化流程。(2)构造二维和三维的离心泵叶轮优化算例,以最小化能量耗散、涡量和流体的扭矩功率为优化目标函数,采用离散的单元渗透率描述流固区域,在不同的目标函数组合下对叶轮流道进行拓扑优化设计,对优化结果进行精细建模,并与传统设计方法下的叶轮流道进行对比。(3)在优化过程中采用连续的单元渗透率描述流固区域,重新对二维叶轮优化算例进行拓扑优化计算,对比两种流固区域描述方式下的流道优化结果。采用离散的单元渗透率描述流固区域的流道优化结果中存在一些孤立流体域没有被消除,流道的优化构型不完整;采用连续的单元渗透率描述流固区域后,优化结果中的孤立流体域能够被消除,使流体域分布更连续,流道的优化构型更完整。
陈鑫[2](2021)在《轴流核主泵内部非定常流动特性与水力激振抑制研究》文中提出核主泵是压水堆核电站的关键设备,其运行可靠性直接关系到核电站的安全。泵内非定常流动及其导致的水力激振问题,对于可靠性要求极高的核主泵尤为关切。研究核主泵内部非定常流动机理,进而提出水力激振抑制方法,对提高核主泵运行稳定性和可靠性具有重要价值。本文针对与“华龙一号”主泵具有相同水力结构形式的轴流核主泵,研究和验证了非定常流动的数值模拟方法,提出了两种用于表征动静干涉作用的流场特征参数,系统研究了主泵内部的非定常流动、动静干涉和激振力特性,以及静止过流部件与叶轮结构对非定常流动和动静干涉作用的影响,提出了优化非定常流动和抑制水力激振的策略与方法。本文主要内容包括以下几个方面:(1)研究了轴流核主泵内部流场数值模拟方法,采用主泵模型试验对数值模拟结果进行了验证分析。通过不同湍流模型、不同边界条件组合模拟结果的比较分析,优选和验证了定常和非定常数值模拟的建模与计算方法。结果表明:采用Realizable k-ε模型的定常模拟结果与试验测试结果高度吻合;而采用合理和符合试验情况的“压入-流出”边界条件组合的非定常模拟方法在主泵进、出口与动静干涉相关的叶频压力脉动预测上具有更高的精度。(2)提出了两种描述轴流核主泵内部非定常流场的特征参数——叶轮两端的局部欧拉扬程脉动量和叶轮旋转坐标系内的流动变量脉动量,分别用于流场动静干涉问题中转子(叶轮)对静止系统扰动作用和静子(静止过流部件)对叶轮区域反作用的分析,给出了两种参数的定义和提取方法。(3)研究了轴流核主泵内部非定常流动以及激振力特性,采用本文提出的叶轮两端的局部欧拉扬程脉动量和叶轮旋转坐标系内的流动变量脉动量分析了泵内动静干涉机理,提出了优化非定常流动和抑制水力激振的策略。结果表明:核主泵的动静干涉是内部非定常流动和水力激振最主要的激励源头;动静干涉普遍存在于转动的叶轮和于叶轮上、下游引起周向不均匀流动形态的静止过流结构之间;主泵动、静坐标系下的流场周向均匀性均对其动静干涉有着重要影响;提高主泵动、静过流部件流场和能量分布的周向均匀性,可有效减小动静干涉作用,降低流动的非定常脉动,进而抑制水力激振。(4)针对主泵的静止水力部件,研究了其对非定常流动结构的影响,提出了相应的水力激振抑制改进方法。结果表明:主泵进、出口的过流结构对其激振力有显着影响;主泵叶轮径向流体力脉动在入口无弯管条件下显着降低,而双对侧出口泵壳对水力激励亦有抑制效果。对于含入口弯管的结构,增大其与泵体叶轮间距离可有效抑制入口周向不均匀流动的不利影响;在入口弯管与叶轮间距离增大至2.4倍入口管径以上时,主泵叶轮径向流体力脉动显着降低。叶轮与导叶叶片数匹配对激振力有较大影响;适当增加导叶叶片数有利于降低主泵叶轮径向流体力脉动、抑制水力激振。(5)针对主泵的叶轮,分别从叶片积叠方式和子午面形状的优化出发,提出了水力激振抑制的设计方法。结果表明:叶轮叶片尾缘与导叶叶片前缘相倾斜的叶片积叠方式,使叶轮与导叶之间的动静干涉作用显着减弱,水力激振力明显降低;且叶轮叶片尾缘与导叶叶片前缘的轴向轮廓夹角愈大,叶轮径向流体力脉动愈低。通过缩进叶轮子午面叶片前缘和尾缘型线并适当减小叶片包角,叶轮与上、下游静系周向不均匀流场的动静干涉作用趋于减弱,叶轮径向流体力脉动亦随之降低。本文为研究轴流核主泵内部非定常流动和水力激励机理,建立了叶轮旋转坐标系内动监测点非定常流动变量监测和提取的方法,并提出了局部欧拉扬程脉动量用以表征叶轮周围复杂非定常流动特性。基于所提取的叶轮两端的局部欧拉扬程脉动量和叶轮旋转坐标系内的压力脉动量两种流场特征参数,分别从转子(叶轮)对静止系统的扰动作用和静子(静止过流部件)对叶轮区域的反作用两个方面对轴流核主泵的动静干涉问题进行了分析。在此基础上,分别针对轴流核主泵的静止水力部件结构和叶轮水力结构,提出了基于动、静系流场周向均匀性改善原则的水力激振抑制方法。本文相关非定常流动研究方法、动静干涉机理和水力激振抑制手段,对于核主泵、轴流泵以及其它结构形式相近水泵的振动控制具有参考价值。
李清华[3](2021)在《离心泵叶片前缘粗糙带空化特性的研究》文中认为近年来我国离心泵需求的快速增长和离心泵产能的巨大增加,市场对离心泵的性能要求越来越高,其中空化是一个难以避免的重要问题。一旦离心泵运行过程中发生较为严重的空化,聚集的空泡会堵塞流道对离心泵的水力性能带来严重影响,空泡溃灭会对叶轮壁面产生空蚀造成叶轮工作失效,并且空泡溃灭带来的振动和噪声会影响整个系统的稳定性。因此研究空化机理和探寻空化控制策略具有重要的应用价值。空泡首先出现在离心泵叶片前缘附近,叶片前缘处的粗糙程度对流体流动产生重要影响。本文采用数值模拟方法,研究了在叶片吸力面前缘布置不同粗糙带方案对一低比转速离心泵空化特性和离心泵外特性、压力、湍动能和压力脉动等方面的影响。本文的主要内容和创新成果如下:(1)本文首先概括介绍了空化的基本理论和空化研究方法;总结整理了翼型、离心泵和轴流泵空化控制研究现状,其中离心泵的空化控制主要分为以下三种思路:适当提高进口压力进而减弱空化的发生;对影响空化性能的基本几何参数进行优化;以原型泵叶轮等结构为基础,通过改变部分结构特征来控制空化流动;本文也总结了表面粗糙度和粗糙带相关的研究。(2)介绍了数值方法求解的基本方程和几种湍流与空化模型。详细说明了离心泵试验平台,并完成了离心泵水力性能试验和空化性能试验。对离心泵进行了外特性和空化流动数值计算。离心泵模拟得到的扬程曲线和效率曲线与试验值吻合较好,扬程的模拟值与试验值最大误差为4.8%,效率的模拟值与试验值最大误差为4.7%,均在允许的范围内。空化特性的模拟曲线和实验曲线基本一致,验证了数值模拟方法的可靠性。(3)通过对0.3mm、0.5mm和0.9mm三种高度下半圆弧和矩形两种不同横截面形状的粗糙带方案进行空化数值模拟研究表明:合理高度下,两种横截面形状的粗糙带方案均可抑制空化。这是因为大部分空泡主要出现在叶片吸力面前缘,布置的粗糙带降低了粗糙带前端附近的流体流速,通过损失部分速度提高了该区域的压力,缩减了空泡发生的范围。并且粗糙带可以改善叶轮内的湍动能分布,促使较高湍动能分布区域更加靠近进口方向,使层流向湍流的转捩提前实现,有利于抑制空泡。从空化特性来看,半圆弧粗糙带要优于矩形粗糙带。在空化数σ=0.84时,半圆弧对叶轮内空泡体积的减小量比矩形粗糙带要小,但是对速度和扬程的损失程度也相对较小,而矩形横截面的粗糙带对于叶轮内空泡体积的减小量要大,但是对速度和扬程的损失程度也较大;空化数降低到σ=0.24时,整体来看,半圆弧粗糙带对空泡体积的减小量要好于矩形粗糙带,其中粗糙带高度为0.5mm下的半圆弧粗糙带对空泡体积的抑制效果最好,粗糙带高度为0.9mm下矩形横截面粗糙带则增长了空泡体积。(4)通过对半圆弧和矩形两种粗糙带横截面形状下的0.3mm、0.5mm和0.9mm三种不同粗糙带高度方案进行空化数值模拟研究发现:空化数为σ=0.84时,随着高度从0.3mm增加到0.9mm,粗糙带对叶轮内空泡体积的抑制变得更加有效;空化数降低到σ=0.24下,对于半圆弧粗糙带,粗糙带高度从0.3mm增加到0.5mm,抑制效果有较小幅度地增加,粗糙带高度从0.5mm增加到0.9mm,抑制情况变差。对于矩形粗糙带,随着粗糙带高度的增加,抑制效果逐渐变差,以至于在粗糙带高度为0.9mm时,加剧了叶轮内的空泡体积的增长。这是因为空化数为σ=0.84时,高度的增加有利于减弱流体速度,提高压力。空化数降低到σ=0.24时,半圆弧粗糙带随着高度的增加,对流体的流动状态影响较弱,而矩形粗糙带随着高度的增加,使层流向湍流的转捩越晚实现,这不利于抑制空化。(5)通过对0.3mm、0.5mm两种不同粗糙带高度方案下3mm、9mm和15mm三种不同长度横截面为半圆弧粗糙带方案进行空化数值模拟研究表明:空化数为σ=0.84时,粗糙带在3mm、9mm和15mm三种不同长度下,随着长度值的变大,对空泡的抑制效果稍稍减弱;空化数降低到σ=0.24下,增加粗糙带长度,对空泡体积的抑制效果有小幅度改善。这是因为空化发展较弱时,粗糙带前部分起到了对空化的抑制作用,粗糙带较长,对后面的干扰也就较大,不利于空化的抑制。而随着空化的深入发展,粗糙带越长对空泡体积的控制范围和抑制能力越强。
蒋艺萌[4](2021)在《半开式叶轮叶顶间隙对离心泵性能的影响研究》文中进行了进一步梳理半开式叶轮离心泵由于加工简单,更换和清理方便等优点常用于石油化工、消防、航天航空等领域。半开式叶轮没有前盖板,泵壳与叶片之间存在一定的叶顶间隙,这种结构导致半开式叶轮离心泵与同类型闭式叶轮离心泵相比效率较低,对转子轴向位移量敏感。从内部流动结构来看,造成半开式叶轮效率偏低的主要因素是叶顶间隙泄漏流,叶顶间隙泄漏流不但会阻碍主流流动,增加流动损失,还会增加离心泵空化的严重程度。因此合理设计叶顶间隙成为研究半开式叶轮的关键问题。本研究以某半开式叶轮离心泵为研究对象,对模型泵进行数值计算及试验,研究了离心泵叶顶间隙内部流动情况、空化性能和轴向力问题,内容如下:1、叶顶间隙变化对半开式叶轮离心泵流动结构的影响设计叶顶间隙大小分别为?=1.3mm、1.1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm的五组方案,研究不同叶顶间隙下,叶顶泄漏流对半开式叶轮流动结构的影响,计算模型采用SST k-ω湍流模型。结果表明:随着叶顶间隙减小,叶顶间隙泄漏量减少,离心泵的扬程和效率明显上升,轴向力增大。利用Q准则对叶顶间隙内的涡进行判别发现,随着间隙减小,主泄漏涡强度减弱,二次泄漏涡逐渐消失,当间隙减小到0.7mm时,二次泄漏涡完全消失,主泄漏涡强度最弱。叶片压力及速度分布与叶顶间隙有关。叶顶间隙越小,叶片工作面靠近叶轮出口位置处的高压区范围越大,叶轮出口处压力变化更剧烈,与此同时,叶片上各速度变化幅度都增大,叶轮静扬程和动扬程同时增加,叶轮效率增长幅度减小。2、叶顶间隙变化对半开式叶轮离心泵空化性能的影响研究五种方案?=1.3mm、1.1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm下,叶顶间隙对离心泵空化性能的影响。空化性能数值计算选用Zwart空化模型,同时利用可视化试验台进行试验验证。结果表明:叶顶间隙内空泡分布区域与叶轮内空泡分布区域一致,减小叶顶间隙可以有效抑制叶顶间隙泄漏涡造成的空化。随着叶顶间隙减小,离心泵空化性能明显提升,但间隙减小程度存在一定范围,当减小至?=0.5mm时,局部泄漏涡空化会再次加强,?=0.7mm为叶顶间隙最佳值。3、平衡孔周向位置对离心泵空化性能的影响研究了平衡孔周向位置角θ=10°、15°、30°、45°的4种方案对离心泵空化性能的影响。研究表明,平衡孔周向位置改变对泵外特性影响不大,但在空化情况下,随着平衡孔位置靠近叶片背面,叶轮内的空化范围减小,叶顶间隙泄漏涡空化受到抑制。相比之下,平衡孔设计在靠近叶片背面位置(θ=45°)最佳。
钱晨[5](2021)在《双壳体多级离心泵(BB5)轴向力平衡特性分析及水力性能优化》文中研究指明双壳体节段式多级离心泵(BB5)是离心泵类供压等级最高的一类泵,其承压最高可达几十兆帕,BB5的制造水平代表了国际泵类产品发展的方向。随着石油化工、煤炭开采、钢铁除杂以及火力发电等行业的不断发展,装置设备逐渐趋向于大型化和高压化,BB5被越来越多的应用在上述行业中。目前我国BB5的芯包生产多以引进为主,关键核心技术受制于人,因此具有自主知识产权的高端BB5研发迫在眉睫。BB5由于使用过程中轴向力大,易出现断轴、平衡设备烧损等故障,严重影响泵的安全运行。因此,本文以11级双壳体节段式多级离心泵(兰州石化公司甲乙酮原料泵)为研究对象,采用理论分析、数值模拟与实验相结合的方法对轴向力平衡特性及水力性能优化进行研究,旨在为其“高效和长周期的运行”提供理论及应用指导,主要工作及研究成果如下:(1)以甲乙酮装置的现场综合实验系统为依托,采用原料泵的真机循环实验对不同工况下,双壳体多级泵的水力性能、前后轴承温度和振动进行了测试,并与数值模拟结果相比较。研究显示,基于雷诺时均的CFD方法可较准确预测不同工况下泵的外特性,发现泵后轴承温度的实验值与剩余轴向力的模拟值随流量变化具有一定的相似性规律,可通过监测泵后轴承的温升间接判断剩余轴向力的变化情况,该研究成果可为泵剩余轴向力的实验监测提供参考。(2)基于Navier-Stokes方程,将平衡鼓两侧腔液体流动近似成圆周剪切流和径向压差流叠加而成的二维轴对称粘性层流,得到了旋转腔内液体径向压力的分布规律,并与间隙压降、腔体两侧调节性压降一起建立了平衡鼓平衡力的数学模型,通过求解该模型获得了新的平衡鼓平衡力的计算公式,并与传统公式和数值模拟结果相比较,发现新公式在不同工况和不同结构下与数值模拟结果的吻合度更高;且设计结构下,新公式比传统公式的精度提高了68.02%,研究结果可为平衡鼓平衡力的预测提供理论依据。(3)在设计工况下平衡鼓间隙增大50%,其剩余轴向力提高了11.38%。基于能量方程与动量方程,在维持原有平衡力不变的基础上,建立了新的阻力压差关系方程,通过求解该方程可获得平衡鼓间隙与平衡管孔板间的对应关系式,为调节泵的平衡鼓系统平衡力提供理论支撑,研究成果已在兰州石化公司成功应用。(4)采用响应面法结合CFD技术分析了叶片叶型对双壳体多级泵轴向力特性及水力性能的影响。结果表明:叶轮出口安放角、叶轮出口直径和叶轮包角是影响泵轴向力和水力性能最显着的3个因素。水力性能最优和轴向力最小之间存在一定的制约性,在约束条件下,求解效率和轴向力的多元回归方程,得到设计空间内泵效率不低于原始效率时剩余轴向力最小的6个因素值;优化后双壳体多级泵的效率显着提高,剩余轴向力在不同工况下均有所降低。(5)采用神经网络方法对双壳体多级泵平衡鼓系统控制参数下的水力性能和剩余轴向力性能进行快速预测,并通过遗传算法对平衡鼓系统的几何参数进行最值寻优。结果表明,BP神经网络能够精确预测样本空间范围内多级泵的水力性能与轴向力性能,其效率和剩余轴向力最大误差分别为6.65%和-6.05%;遗传算法的最值寻优结果显示,平衡鼓系统几何参数变化对双壳体多级泵的性能产生一定影响,优化后泵的效率和扬程分别提升了0.16%和1.56%,剩余轴向力降低了13.73%。(6)对整体性能优化后的双壳体多级泵进行了外特性实验,并与原型泵的实验数据相比较。结果显示,在设计工况下,优化后泵的扬程和效率分别提高了3.53%和9.89%,前轴承温度下降了16.49%,后轴承温度下降了16.54%,且优化后泵的前后轴承沿3个方向的振幅均显着下降。(7)在环隙流动阻力压降特性的基础上,提出并设计了一种新型平衡鼓—双螺旋形平衡鼓。设计流量下,与光滑平衡鼓相比,双螺旋形平衡鼓其间隙内流体速度、旋度及速度系数皆有所增加,效率和扬程分别增加了0.16%和0.98%,剩余轴向力降低了17.72%,在节能降耗、延长运转寿命方面具有明显的优势。
汪东山[6](2021)在《基于叶轮几何参数控制的离心泵轴向力优化研究》文中提出泵在运行时,液体会在其轴向产生较高的轴向力,轴向力是影响泵稳定运行的主要因素之一,轴向力过大会导致轴承温度过高,从而影响机组的正常运行甚至产生严重的破坏作用。因此,采用合适的平衡方式将轴向力予以平衡在泵设计中具有极其重要的意义。本文以减小离心泵叶轮轴向力为研究目标,基于RNG k-ε湍流模型和定常计算,在全计算域的基础上,系统地研究了平衡孔开孔位置和方式、叶轮前后盖板曲率半径、叶片轴向投影面积等几何因素对叶轮轴向力及泵性能的影响,并在此基础上,提出了一种综合的轴向力优化方法,从而确定了影响叶轮轴向力大小的主要几何参数,以期为基于叶轮几何参数控制的轴向力优化方向和方法提供有价值的参考。为提升离心泵水力性能的综合预测精度,本文从湍流模型的选取、网格无关性验证以及近壁面网格尺度的选取等方面做了一系列研究,并对作用在叶轮上的各部分轴向力进行简要分析,结果表明:选取合适的网格数和近壁面网格尺度有利于提高数值计算精度,通过数值计算方法分析了作用在原始叶轮上各部分轴向力的大小、方向以及占比情况,除了动反力的方向指向叶轮背面之外,前后腔作用力和叶片所受轴向力的方向均指向叶轮进口,前后腔作用力大小占叶轮总轴向力大小的绝大部分,动反力和叶片所受轴向力次之,且两者占比相差无几,并将轴向力以无量纲的形式表示,使得后续研究结果具有更普遍的意义。以减小前后腔作用力来优化叶轮轴向力为导向,系统地研究了平衡孔位置变化对叶轮轴向力及泵性能的影响,结果表明:平衡孔到泵转轴的径向距离越小,则后腔内压力越小,叶轮轴向力也相应越小,减小平衡孔到泵转轴的径向距离利于减小叶轮的轴向力,轴向力最小的模型与原始模型相比,轴向力减小3.6%;平衡孔开孔位置越靠近叶片背面,则平衡孔泄漏量越大,后腔内压力也越小,叶轮轴向力也相应越小,使平衡孔开孔位置靠近叶片背面有利于减小叶轮的轴向力,轴向力最小的模型与原始模型相比,轴向力减小12%,平衡孔周向位置变化对泵效率的影响较大,对扬程的影响较小;平衡孔轴向角变化引起扬程和效率的变化幅度均小于0.5%,平衡孔轴向角变化对泵性能的影响较小,平衡孔轴向角越大,则平衡孔泄漏量越小,后腔内压力也越高,轴向力也相应越大,改变平衡孔轴向角并没有达到优化叶轮轴向力的目的,平衡孔开孔方向平行于泵转轴方向仍是最佳的选择。以增大液体对叶轮后盖板的动反力来优化叶轮总轴向力为导向,系统地研究了叶轮前后盖板曲率半径变化对动反力、叶轮总轴向力以及泵性能的影响,结果表明:增加或减小叶轮前后盖板曲率半径均有利于提升泵的扬程和效率,但扬程和效率的变化范围均在1个百分点以内,叶轮前后盖板曲率半径变化对泵的性能影响较小;叶轮前后盖板曲率半径越小,则动反力越大,叶轮总轴向力也相应越小,减小叶轮前后盖板曲率半径使得叶轮内液流速度方向变化加快,轴面流速与轴线方向的夹角增大,液体对叶轮盖板内表面的动反力随之增大,从而达到减小叶轮轴向力的目的,轴向力最小的模型与原始模型相比,轴向力减小3.4%。以减小叶片所受轴向力来优化叶轮总轴向力为导向,在原始模型泵水力设计的基础上,从叶片进口边位置不变和变化两个方面研究了叶片轴向投影面积变化对叶片所受轴向力、叶轮总轴向力以及泵性能的影响,结果表明:减小或增大叶片轴向投影面积都会改变泵的性能,但扬程和效率的变化幅度均小于1%,叶片轴向投影面积变化对泵性能的影响较小;叶片轴向投影面积越小,则叶片工作面和背面的压差越小,叶片所受轴向力也越小,叶轮总轴向力也相应越小;叶片进口边位置变化时,叶片轴向投影面积变化对叶片所受轴向力和叶轮总轴向力大小的影响更为明显,采用改变叶片进口边位置的方式来减小叶片轴向投影面积,叶轮轴向力的优化效果更佳,轴向力最小的模型与原始模型相比,轴向力减小4.4%。最后,结合前述4种减小叶轮轴向力的方法,即:减小平衡孔到泵转轴的径向距离,使平衡孔开孔位置靠近叶片背面,减小叶轮前后盖板曲率半径以及减小叶片轴向投影面积,提出了一种轴向力综合优化方法,结果表明:综合优化方法对泵性能的影响较小,且轴向力优化效果要优于其它4种方法单独使用时的优化效果,与原始模型相比,叶轮轴向力减小25.8%。以上研究结果表明,基于叶轮几何参数控制的轴向力优化方法是切实可行的,能够为离心泵轴向力优化提供有价值的参考。
匡仁飞[7](2021)在《流量瞬变工况下离心泵内部失速特性及压力脉动研究》文中指出离心泵在瞬变工况下的运行是一个动态且复杂的过程,表现出内部流态的瞬变性以及压力脉动的复杂性。离心泵内部流动随流量的变化呈现出明显的滞后特征;同时叶轮内部失速是动态发展的过程,稳定工况的失速特性难以描述整个失速过程。流量瞬变频率的不同必将影响叶轮内部压力和速度的变化率,所以叶轮内部流动的失速特性与滞后特征将发生变化。离心泵的脉动场受流量脉动和动静干涉共同作用,其具体的脉动特征与时间和空间有关。因此,亟需深入开展流量瞬变工况下离心泵内部失速特性及压力脉动的研究。本文以离心泵(叶轮)为研究对象,采用大涡模拟方法获得非定常数值计算结果。首先在稳定工况下,数值结果与现有实验数据的对比验证了数值方法的可靠性。而后针对流量正弦变化(0.25Qd至0.75Qd)工况,研究离心泵(叶轮)及其不同瞬变频率下的内部非定常流动规律,着重分析失速特性及压力脉动。主要结论如下:1.探究了正弦流量工况下离心泵叶轮内部瞬变流动特性及演化规律。在任一瞬变周期内,离心泵叶轮历经了“稳定—流动分离—失速—流动分离—稳定”的过程。在相同瞬变流量下,叶轮下降阶段的流动特征更趋近于大流量的状态,而上升阶段的流动特征更趋近于小流量的状态。叶轮流道内的压力脉动具有低频和高频特征,低频分量与叶轮流量频率相同,而高频分量则与流道内的失速相关。失速流道比非失速流道的压力脉动相位滞后十分之一的周期,同时随着叶轮流道的发展,低频压力脉动相位的滞后效应越来越明显。描述了瞬变工况运行过程中叶轮失速的两个特征:失速工况区域大小和平均失速强度。2.研究了流量瞬变频率对离心泵叶轮滞后与失速特性的影响。离心泵叶轮在瞬变工况的运行过程中受流量瞬变频率的影响剧烈。流量瞬变频率越低,离心泵叶轮上升阶段越难摆脱失速状态,而下降阶段叶轮将更快进入失速的状态。同时随着流量瞬变频率降低,相邻流道压力脉动的相位差逐渐增大,且脉动幅值差也变大。离心泵叶轮失速工况区域和平均失速强度与流量瞬变频率成负相关。在外特性方面,流量瞬变频率越低离心泵叶轮扬程的脉动越剧烈,但扬程平均值近似相等。同时流量瞬变频率越低,离心泵叶轮扬程滞后性越强。3.分析了流量脉动与动静干涉共同作用下的离心泵压力脉动特征与失速演化规律。研究发现瞬变工况过程中,叶轮内压力对流量的变化比较敏感,同时压力脉动与动静干涉影响的强度以及时间和空间位置有关,而流量与转速对叶轮内速度的影响处于同一量级。同时,蜗壳内部的压力和速度的变化规律呈相反的趋势。而影响蜗壳内流动的第一因素为流量,动静干涉以及脱落涡对压力脉动和速度脉动都有增幅作用,并且动静干涉越强,增强的效果越显着。速度脉动的幅值大小与动静干涉相关,动静干涉越强,监测点速度脉动的幅值越大,而监测点的速度脉动频率则与流道的脱落涡密切相关。
梁允昇[8](2021)在《轴向平移叶轮前盖板改变离心泵运行工况的研究》文中研究指明本文针对黄河提灌工程用大流量离心泵叶轮由钢板组焊成型的特点,提出了在焊接之前轴向切割叶片,平移叶轮前盖板改变离心泵水力性能的方法,具有工程应用的价值,并对此展开了研究。叶轮作为离心泵最重要的水力元件,工程上多采用切割外径等手段定向改变泵的水力性能,增加产品通用性,降低泵站运营成本,本文平移叶轮前盖板的研究目的与其相对应。分别以MS124、M129、S700-500、M93、HS800-700-700五台离心泵作为研究对象,通过数值模拟的方法研究轴向平移叶轮前盖板对离心泵性能的影响,并结合理论分析,推导出离心泵性能变化的预测公式。本文主要研究成果如下:(1)研究发现,离心泵H-Q曲线随着叶轮前盖板平移而向下移动的同时逐渐变得陡峭,比转速越高的离心泵曲线形状变化得越剧烈。平移叶轮前盖板减小了叶轮与蜗壳内由流动分离所引起的水力损失,而大流量工况下平移前盖板则加剧了二次流与回流等现象,叶轮与蜗壳的流动状态进一步恶化导致水力损失增加。因此,平移前盖板后离心泵小流量工况的效率显着增加,而大流量工况的效率有所下降,高效点向小流量方向偏移,最高效率没有明显降低,离心泵η-Q曲线整体呈现向左平移的趋势。(2)与切割叶轮外径的方法对比发现,轴向平移叶轮前盖板后离心泵在小流量工况下具有相对较高的扬程与效率,有效拓宽了泵的型谱,具有工程价值和理论意义。基于理论推导出离心泵H-Q曲线随叶轮前盖板平移而变化的预测公式,并以数值模拟数据为基础,通过多元线性回归分析的方法修正换算公式。经过验证发现,叶轮前盖板平移幅度较小时,使用修正后的公式对比转速为120~140的离心泵的H-Q曲线进行换算,换算曲线在0.6Qd~1.2Qd工况内具有较高的精度。(3)对轴向平移叶轮前盖板后离心泵主要过流部件的非稳态特性进行分析发现,小流量工况下平移叶轮前盖板减弱了叶轮-隔舌的动静干涉作用,并降低了叶轮流道内回流旋涡所引起的低频压力脉动的幅值,但在大流量工况下,叶片压力面上二次流所引起的低频脉动强度增大。平移叶轮前盖板降低了叶片脱落涡撞击蜗壳隔舌引发的低频压力脉动的幅值,却增强了半螺旋吸入室内隔板与叶片的动静干涉作用。小流量与设计流量工况下,作用在叶轮上的稳态径向力随着前盖板平移均有所减小,径向力非稳态信号的脉动幅值也随之降低。(4)小流量工况下随着叶轮前盖板轴向平移,由吸入室隔板结构引起的叶轮流道内空化性能周期性恶化的现象有所减缓,离心泵的抗汽蚀性能增强。但存在最优点,超过最优点后继续平移前盖板会导致流动恶化,离心泵抗汽蚀性能下降,这个最优点随着工作流量的增加而提前出现。
刘宇宁[9](2020)在《叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能影响的研究》文中指出多级离心泵在工农业生产中应用广泛,提高多级离心泵的效率,不论是在节能减排还是在提高企业的产品竞争力上均具有重要意义。叶轮作为泵中重要的能量转换部件,其性能的好坏直接影响到泵的整体运行状况,由于叶轮内部的流动机理极其复杂,有必要对叶轮内的流动机理展开深入研究,以确定影响叶轮水力效率的主要因素。本文采用理论分析、数值计算和试验相结合的方法,首先从理论的角度定性分析影响叶轮内速度场和压力场分布特征的主要因素及其作用方式。然后结合理论分析的结果,探讨叶片型线的不同变化特征对叶轮水力效率的影响,并最终确定叶轮水力效率较高时叶片曲率半径的分布特征,以期为离心泵水力性能优化提供有价值的理论参考和方向指导。为提高多级离心泵水力性能的数值模拟精度,本文从计算域网格划分的方法、流动状态是否定常以及湍流模型的选取等方面进行了系统的研究分析,结果表明:与全计算域没有边界层网格、只在叶轮或压出室划分边界层网格相比,在全计算域范围内划分边界层网格的数值计算精度最高;与定常计算结果相比,非定常计算的性能预测曲线与试验曲线之间的吻合度更高;DDES湍流模型关于扬程、轴功率的预测精度明显要高于RNG k-ε湍流模型,但效率的整体预测精度略低于RNG k-ε湍流模型。在额定流量工况点,RNG k-ε湍流模型定常计算的数值模拟精度较高,因此后续的研究将采用RNG k-ε湍流模型和定常计算的方法,并在全计算域加边界层网格。通过对叶轮内流体质点的动力学特性进行理论分析,确定了旋转离心力、科氏力和曲面离心力对叶轮内流体质点运动特征的影响,并提出了叶轮水力优化的方向,结果表明:旋转离心力主要对流体质点进行做功;科氏力将流体质点由叶片工作面向叶片背面牵引,会导致叶片背面的流速高于工作面;曲面离心力促使流体质点由叶片背面向叶片工作面迁移,对改善叶轮内速度分布的均匀性产生积极影响。所以在叶轮的水力优化过程中,合理控制叶片曲率半径沿流动方向的变化趋势是调和科氏力及曲面离心力综合影响的关键。叶片型线是影响叶轮水力效率的重要因素,在叶片包角不变的前提下,通过改变叶片入口角、出口角及方格网流线的变化趋势,可以实现对叶轮型线沿流动方向变化特征的控制。以叶片工作面中心流线的曲率半径为几何特征物理量,系统地研究了叶片曲率半径的不同变化特征对叶轮水力效率的影响,结果表明:减小叶片的曲率半径,能够提高叶轮流道内速度分布的均匀性以减少水力损失,同时能够降低叶轮主做功区域叶片两侧的压差以减小轴功率,有利于提高叶轮的水力效率;当叶片的曲率半径在叶片入口附近沿流动方向呈现下降的趋势,并且在整个流动区间内保持较小的数值且连续光滑变化时,叶轮流道内的流场结构较好,叶轮的水力效率相对较高。基于叶片曲率半径分布特征控制的离心泵叶轮水力优化理论,在工程应用中取得了良好的效果,泵的试验效率较高且高效区较宽,水力设计一次性成功,由此也证明了优化理论的可靠性和可行性及其应用价值。
王全玉[10](2020)在《基于CFD的汽车电子水泵流场分析与结构优化》文中认为随着经济的发展和社会的进步,新能源在生产生活中所占的比重越来越大,近几年,新能源汽车的市场份额不断提高,而汽车电子水泵作为冷却系统的核心部件,其工作效率的高低将直接决定着新能源汽车的水平。在汽车冷却系统中,传统的机械水泵由于存在噪声大、寿命短和能源消耗量大等弊端,由智能控制系统控制的汽车电子水泵技术日趋发展成熟,装配电子水泵的新能源汽车,能够更加合理的分配冷却水泵的工作时间,能够精准的避免机械水泵提前运行和滞后冷却等弊端。但新能源汽车电子水泵的效率问题决定着新能源汽车整体的发展水平,研究一种能够提高新能源汽车电子水泵效率的优化方法显得尤为重要。本文针对上述存在的问题,根据给定的汽车电子水泵的性能参数设计并优化汽车电子水泵离心泵部分,主要工作分为以下几个部分:第一部分分析了汽车电子水泵的国内外发展现状,结合目前国内外研究现状和现有的工作条件,提出了针对汽车电子水泵离心泵部分优化的方案;第二部分分析了离心泵设计理论和方法,选择速度系数计算法设计离心泵叶轮和蜗壳结构,并使用三维建模软件对离心泵部分建模;第三部分使用Pump Linx后处理软件对离心泵流场部分进行数值模拟,通过网格无关性分析、设置边界条件和选择求解器计算得到了残差曲线和收敛结果;第四部分基于MATLAB遗传算法工具箱,以离心泵叶轮和蜗壳主要参数为优化变量,建立以能量损失、抗汽蚀性能和稳定性的分目标函数,优化得到一组较优的参数组合。通过对比和分析优化前后流场的压力速度等云图,得到优化前后离心泵流场的流动变化,同时通过实物试验,得到离心泵性能试验数据,绘制了原模型与优化后模型的外特性曲线,对比了数值模拟以及试验数据,验证了优化结果的准确性和可靠性。综上,本文对汽车电子水泵的离心泵部分进行了系列化研究,通过数值模拟和优化算法对离心泵结构进行了相应校核与改进。在研究中首先对离心泵的叶轮及蜗壳的结构进行了设计计算。在随后研究中,通过遗传算法对影响其性能的重要结构参数进行寻优设计,经寻优比较后得到一组最优解,并以此完成了离心泵的性能的优化设计。为得到优化后离心泵的综合性能并校验数值模拟的准确性,最后对其进行了相关的实验验证。通过此次研究,将智能优化算法能应用到离心泵结构的优化设计中,能够为汽车电子水泵中的离心泵结构的优化提供重要的参考和依据。
二、离心泵叶轮直径确定方法的讨论(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、离心泵叶轮直径确定方法的讨论(论文提纲范文)
(1)离心泵叶轮拓扑优化设计方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 叶轮优化设计方法研究现状 |
1.3 流体拓扑优化方法综述 |
1.3.1 流体拓扑优化方法介绍 |
1.3.2 基于梯度算法和非梯度算法的流体拓扑优化 |
1.3.3 流体拓扑优化在叶轮机械优化中的应用 |
1.4 本文研究内容 |
2 流场数值模拟及拓扑优化基本理论 |
2.1 离心叶轮流场数值模拟基本理论 |
2.1.1 流动控制方程 |
2.1.2 湍流模型 |
2.1.3 数值离散方法 |
2.1.4 OpenFOAM下的并行计算 |
2.2 叶轮流场求解结果验证 |
2.2.1 OpenFOAM下流场求解结果 |
2.2.2 CFX下流场求解结果对比 |
2.3 水平集拓扑优化方法 |
2.3.1 单元渗透率离散的流固区域描述 |
2.3.2 单元渗透率连续的流固区域描述 |
2.3.3 优化列式 |
2.3.4 水平集拓扑优化方法测试 |
2.4 本章小结 |
3 二维离心泵叶轮拓扑优化 |
3.1 优化目标函数 |
3.2 二维叶轮优化算例构造 |
3.2.1 设计域构型及边界条件 |
3.2.2 设计变量设置 |
3.3 二维叶轮优化结果 |
3.3.1 目标函数为最小化能量耗散 |
3.3.2 目标函数为最小化能量耗散和涡量 |
3.3.3 目标函数为最小化能量耗散和扭矩功率 |
3.3.4 不同目标函数下的优化结果对比 |
3.4 优化结果精细建模及性能分析 |
3.5 本章小结 |
4 三维离心泵叶轮拓扑优化 |
4.1 三维离心泵叶轮算例构造 |
4.2 三维叶轮优化结果 |
4.3 本章小结 |
5 单元渗透率连续的二维叶轮拓扑优化 |
5.1 二维叶轮优化算例设置 |
5.2 二维叶轮优化结果 |
5.2.1 目标函数为最小化能量耗散 |
5.2.2 目标函数为最小化能量耗散和涡量 |
5.2.3 目标函数为最小化能量耗散和扭矩功率 |
5.3 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
(2)轴流核主泵内部非定常流动特性与水力激振抑制研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号表 |
1 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 泵内非定常流动特性研究现状 |
1.2.2 水泵流致振动研究现状及发展 |
1.2.3 核主泵水力问题研究现状 |
1.2.4 水泵水力激振抑制研究现状 |
1.3 研究目标与内容 |
2 流场数值模拟及特征参数提取方法 |
2.1 主泵模型 |
2.2 计算网格 |
2.2.1 计算域 |
2.2.2 网格划分 |
2.2.3 近壁区网格验证 |
2.2.4 主流区网格验证 |
2.3 数值计算方法 |
2.3.1 数值方法和边界条件 |
2.3.2 非定常模拟时间步长验证 |
2.4 试验验证 |
2.4.1 试验测试方法 |
2.4.2 定常结果验证与湍流模型比较 |
2.4.3 非定常结果验证与边界条件影响分析 |
2.5 关键特征参数提取 |
2.5.1 叶轮两端的局部欧拉扬程脉动 |
2.5.2 叶轮旋转坐标系内的流动变量脉动 |
2.6 本章小结 |
3 轴流核主泵内部非定常流动与激励特性 |
3.1 整体压力脉动 |
3.1.1 坐标系和监测点 |
3.1.2 泵体内的压力脉动 |
3.1.3 吸入侧与压力侧的压力脉动 |
3.2 叶轮两端的流动变量脉动 |
3.2.1 监测点 |
3.2.2 压力脉动 |
3.2.3 局部欧拉扬程脉动 |
3.3 叶轮旋转坐标系内的压力脉动 |
3.3.1 监测点 |
3.3.2 压力脉动 |
3.4 流体力脉动 |
3.4.1 监测面 |
3.4.2 各水力部件结构的流体力脉动 |
3.4.3 叶轮的径向流体力脉动 |
3.5 动静干涉与水力激振抑制策略 |
3.6 本章小结 |
4 轴流核主泵静止水力部件的激励影响与改进 |
4.1 主泵进、出口过流结构的影响 |
4.1.1 模型设计 |
4.1.2 水力性能 |
4.1.3 静止坐标系下的压力脉动 |
4.1.4 叶轮旋转坐标系内的压力脉动 |
4.1.5 叶轮径向流体力脉动 |
4.2 入口弯管距离的影响 |
4.2.1 模型设计 |
4.2.2 叶轮旋转坐标系内的压力脉动 |
4.2.3 叶轮径向流体力脉动 |
4.3 导叶叶片数的影响 |
4.3.1 模型设计 |
4.3.2 叶轮旋转坐标系内的压力脉动 |
4.3.3 叶轮径向流体力脉动 |
4.4 本章小结 |
5 轴流核主泵叶轮的低激励设计研究 |
5.1 基于叶片积叠方式的设计 |
5.1.1 模型设计 |
5.1.2 水力性能 |
5.1.3 叶轮两端的局部欧拉扬程脉动 |
5.1.4 叶轮径向流体力脉动 |
5.2 基于子午面形状的设计 |
5.2.1 模型设计 |
5.2.2 水力性能 |
5.2.3 叶轮两端的局部欧拉扬程脉动 |
5.2.4 叶轮径向流体力脉动 |
5.3 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
(3)离心泵叶片前缘粗糙带空化特性的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 空化理论概述 |
1.2.1 空化产生方式 |
1.2.2 空化阶段 |
1.2.3 离心泵空化 |
1.3 离心泵空化研究方法 |
1.3.1 空化试验研究 |
1.3.2 空化数值模拟 |
1.4 空化控制研究现状 |
1.4.1 翼型空化控制 |
1.4.2 离心泵和轴流泵空化控制 |
1.4.3 粗糙带(度)与空化 |
1.5 本文的研究内容 |
第2章 数值方法介绍 |
2.1 有限体积法 |
2.2 流动控制方程 |
2.2.1 连续性方程 |
2.2.2 动量方程 |
2.2.3 能量方程 |
2.3 层流、湍流和雷诺数 |
2.4 湍流模型 |
2.4.1 标准k-ε模型 |
2.4.2 RNG k-ε模型 |
2.4.3 标准k-ω模型 |
2.4.4 SST k-ω模型 |
2.5 空化模型 |
2.5.1 Kubota空化模型 |
2.5.2 Kunz空化模型 |
2.5.3 Schnerr-Sauer空化模型 |
2.5.4 Singhal空化模型 |
2.5.5 Zwart-Gerber-Belamri空化模型 |
2.6 本章总结 |
第3章 离心泵性能试验和数值计算方法验证 |
3.1 离心泵性能试验 |
3.1.1 离心泵试验平台 |
3.1.2 水力性能试验 |
3.1.3 空化性能试验 |
3.2 离心泵计算模型和网格划分 |
3.2.1 计算模型 |
3.2.2 网格划分 |
3.3 求解参数设置 |
3.4 数值计算方法验证 |
3.5 本章总结 |
第4章 粗糙带的高度参数对离心泵空化特性的影响 |
4.1 粗糙带高度控制方案 |
4.2 计算结果及分析 |
4.2.1 粗糙带对离心泵外特性及空化性能的影响 |
4.2.2 粗糙带对离心泵叶轮内空泡体积的影响 |
4.2.3 粗糙带对空泡形态的影响 |
4.2.4 粗糙带对汽相体积分数分布的影响 |
4.2.5 粗糙带对绝对压力分布的影响 |
4.2.6 粗糙带对湍动能分布的影响 |
4.2.7 粗糙带对瞬态压力特性的影响 |
4.3 本章总结 |
第5章 粗糙带的长度参数对离心泵空化特性的影响 |
5.1 粗糙带长度控制方案 |
5.2 计算结果及分析 |
5.2.1 粗糙带对离心泵外特性及空化性能的影响 |
5.2.2 粗糙带对离心泵叶轮内空泡体积的影响 |
5.2.3 粗糙带对空泡形态的影响 |
5.2.4 粗糙带对汽相体积分数分布的影响 |
5.2.5 粗糙带对绝对压力分布的影响 |
5.2.6 粗糙带对湍动能分布的影响 |
5.2.7 粗糙带对瞬态压力特性的影响 |
5.3 本章总结 |
总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文和成果 |
(4)半开式叶轮叶顶间隙对离心泵性能的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题背景 |
1.3 研究现状 |
1.3.1 半开式叶轮离心泵研究现状 |
1.3.2 叶顶间隙研究现状 |
1.3.3 离心泵空化的研究现状 |
1.3.4 离心泵平衡孔的研究现状 |
1.4 研究内容及创新点 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 创新点 |
1.5 本章小结 |
第2章 半开式叶轮离心泵模型及数值计算方法 |
2.1 计算模型 |
2.2 计算方法 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 湍流模型 |
2.2.3 空化模型 |
2.2.4 网格划分 |
2.2.5 边界条件 |
2.3 试验验证 |
2.3.1 外特性试验验证 |
2.3.2 空化性能试验验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 叶顶间隙变化对离心泵内流动结构的影响 |
3.1 方案设计 |
3.2 数值计算方法 |
3.3 叶顶间隙大小对泵外特性影响 |
3.4 叶顶间隙泄漏量分析 |
3.5 叶顶间大小对间隙泄漏涡流动结构的影响 |
3.6 叶顶间隙内的压力分布情况 |
3.7 叶顶间隙泄漏流对离心泵叶轮内流场的影响 |
3.7.1 离心泵全流域轴面流线及压力分布情况 |
3.7.2 半开式叶轮叶片上的速度分布情况 |
3.7.3 叶顶间隙泄漏涡流动对叶轮内主流的影响 |
3.8 本章小结 |
第4章 叶顶间隙变化对离心泵空化性能的影响 |
4.1 数值计算方法 |
4.2 试验与数值计算中空泡分布情况 |
4.3 离心泵空化性能分析 |
4.4 叶顶间隙内空化的发展情况 |
4.4.1 叶顶间隙内压力分布 |
4.4.2 叶顶间隙泄漏涡空化的发展过程 |
4.5 叶轮流道内空化发展情况 |
4.5.1 叶轮流道内的压力分布情况 |
4.5.2 叶轮及叶顶间隙内的空泡分布情况 |
4.6 本章小结 |
第5章 平衡孔周向位置对离心泵空化性能的影响 |
5.1 计算模型及方案 |
5.1.1 平衡孔设计 |
5.1.2 研究方案设计 |
5.2 平衡孔周向位置对离心泵性能的影响 |
5.3 离心泵轴向力在不同流量下的变化规律 |
5.4 平衡孔的周向位置对半开式叶轮离心泵空化性能的影响 |
5.4.1 叶轮后盖板上压力分布情况 |
5.4.2 平衡孔对离心泵空化性能的影响 |
5.4.3 平衡孔对叶顶间隙泄漏涡空化的影响 |
5.4.4 平衡孔内空泡发展规律 |
5.4.5 离心泵流道轴面的流动情况 |
5.5 空化条件下平衡孔对离心泵轴向力的影响 |
5.6 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文和成果 |
(5)双壳体多级离心泵(BB5)轴向力平衡特性分析及水力性能优化(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
物理量名称及符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 研究背景及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 多级离心泵轴向力及其平衡特性的研究 |
1.3.2 多级离心泵水力性能及其优化的研究 |
1.4 本文的研究内容 |
第2章 双壳体多级泵的数值方法与实验验证 |
2.1 研究对象及参数 |
2.2 数值计算方法 |
2.2.1 计算域 |
2.2.2 控制方程 |
2.2.3 湍流模型 |
2.2.4 边界条件 |
2.2.5 网格划分及其无关性验证 |
2.3 实验系统及测试方法 |
2.3.1 实验泵转子部件及其装配 |
2.3.2 实验泵及管路系统 |
2.3.3 数据测试与采集 |
2.4 数值结果与实验结果对比分析 |
2.4.1 水力性能结果分析 |
2.4.2 轴承温度及振动结果分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 双壳体多级泵轴向力产生机理分析 |
3.1 轴向力的产生因素 |
3.2 叶轮动反力分布 |
3.2.1 叶轮进口轴向速度分布 |
3.2.2 各级叶轮动反力分布 |
3.3 叶轮叶片扭曲轴向力分布 |
3.4 前后盖板压差力分布 |
3.4.1 泵腔旋转角速度分布 |
3.4.2 泵腔圆周动能系数分布 |
3.4.3 各级叶轮前后泵腔盖板压差力分布 |
3.5 双壳体多级泵轴向力特性与水力性能相关性分析 |
3.5.1 双壳体多级泵的轴向力特性 |
3.5.2 双壳体多级泵的水力特性 |
3.5.3 双壳体多级泵轴向力与水力特性的相关性分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 平衡鼓平衡力分布的理论计算与验证 |
4.1 平衡鼓平衡力的数学模型 |
4.1.1 流动模型的建立及基本假设 |
4.1.2 平衡鼓间隙压差的数学模型 |
4.1.3 平衡鼓旋转引起液体压力变化的数学模型 |
4.1.4 末级叶轮泵腔液体旋转引起压差变化的数学模型 |
4.1.5 平衡腔与末级叶轮后泵腔压差的数学模型 |
4.1.6 平衡鼓平衡力的计算 |
4.2 平衡鼓平衡力公式的数值验证 |
4.3 本章小结 |
第5章 平衡鼓系统平衡力调节方法研究 |
5.1 平衡鼓间隙变化对多级泵轴向力及平衡特性的影响 |
5.1.1 平衡鼓间隙变化对轴向力的影响 |
5.1.2 平衡鼓间隙变化对平衡力的影响 |
5.1.3 平衡鼓间隙变化对剩余轴向力的影响 |
5.2 平衡鼓平衡力的调节方法 |
5.2.1 平衡管孔板孔口调节方法的理论分析 |
5.2.2 调节方法的理论与数值结果对比 |
5.2.3 平衡力调节公式的修正 |
5.3 平衡管流动特性与双壳体多级泵性能分析 |
5.3.1 平衡管流动特性分析 |
5.3.2 双壳体多级泵性能对比 |
5.4 本章小结 |
第6章 双壳体多级泵轴向力控制与性能优化分析 |
6.1 响应面曲面分析法试验设计 |
6.1.1 响应模型的建立 |
6.1.2 控制变量的筛选 |
6.1.3 响应面方案设计 |
6.1.4 回归方程拟合及显着性检验 |
6.2 结果与分析 |
6.2.1 单一因素与目标函数的响应分析 |
6.2.2 不同参数间交互作用对泵性能的影响分析 |
6.2.3 目标函数之间的映射关系 |
6.3 叶轮参数优化前后水力特性和轴向力性能对比 |
6.3.1 优化前后水力性能对比 |
6.3.2 优化前后流场对比 |
6.3.3 优化前后轴向力对比 |
6.4 本章小结 |
第7章 基于BP神经网络—遗传算法的平衡鼓系统优化与实验验证 |
7.1 研究思路 |
7.2 轴向力平衡影响因素的显着性分析 |
7.3 BP神经网络预测模型的建立 |
7.3.1 神经网络方法概述 |
7.3.2 试验设计 |
7.3.3 效率和剩余轴向力的预测模型 |
7.4 遗传算法的优化流程 |
7.5 神经网络遗传算法最值寻优流程 |
7.6 结果与分析 |
7.6.1 优化结果参数对比分析 |
7.6.2 平衡系统优化前后性能对比 |
7.6.3 平衡系统优化前后流场对比 |
7.7 优化前后实验对比 |
7.8 本章小结 |
第8章 双螺旋形平衡鼓改善双壳体多级泵轴向力机理分析 |
8.1 双螺旋形平衡鼓的理论设计 |
8.2 双螺旋形平衡鼓结构参数与数值计算方法 |
8.3 两种平衡鼓计算结果分析 |
8.3.1 两种平衡鼓的水力性能和轴向力性能对比 |
8.3.2 两种平衡鼓的轴向力作用机理分析 |
8.4 螺旋线数对螺旋鼓间隙流动特性和轴向力的影响 |
8.4.1 不同螺旋线数下间隙流场分布 |
8.4.2 不同螺旋线数下泵的轴向力和水力性能对比 |
8.4.3 不同螺旋线数下间隙流体的压力脉动特性 |
8.5 本章小结 |
结论与展望 |
1.结论 |
2.本文创新点 |
3.展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读学位期间发表的论文和科研成果 |
附录 B 部分程序代码和公式补充 |
(6)基于叶轮几何参数控制的离心泵轴向力优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 叶轮轴向力平衡方法及相关理论的研究 |
1.2.2 叶轮几何参数研究现状 |
1.2.3 叶轮水力设计和优化方法的研究 |
1.3 课题研究目标 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 数值模拟方法概述 |
2.1 引言 |
2.2 湍流模型 |
2.2.1 湍流模型的分类 |
2.2.2 RNG k-ε模型 |
2.2.3 壁面函数法和低Reynolds数k-ε模型 |
2.3 研究对象 |
2.4 计算域网格划分 |
2.5 边界条件 |
2.6 网格无关性验证 |
2.7 近壁面网格尺度对离心泵性能预测的影响 |
2.8 作用在叶轮上的各部分轴向力分析 |
2.9 本章小结 |
第3章 平衡孔位置对离心泵轴向力影响的研究 |
3.1 技术方案 |
3.2 平衡孔径向位置变化对轴向力的影响 |
3.2.1 泵相对泄漏量的变化 |
3.2.2 平衡孔径向位置变化对泵性能的影响 |
3.2.3 叶轮轴向力的变化 |
3.3 平衡孔周向位置变化对轴向力的影响 |
3.3.1 泵相对泄漏量的变化 |
3.3.2 平衡孔周向位置变化对泵性能的影响 |
3.3.3 叶轮轴向力的变化 |
3.4 平衡孔轴向角对轴向力的影响 |
3.4.1 技术方案 |
3.4.2 泵相对泄漏量的变化 |
3.4.3 平衡孔轴向角变化对泵性能的影响 |
3.4.4 叶轮轴向力的变化 |
3.4.5 泵后腔压力变化及平衡孔内部流动分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 叶轮盖板曲率半径对离心泵轴向力影响的研究 |
4.1 叶轮轴面投影图设计方法 |
4.2 动反力理论简介 |
4.3 技术方案 |
4.4 叶轮前后盖板曲率半径变化对泵性能的影响 |
4.5 叶轮前后盖板曲率半径变化对轴向力的影响 |
4.5.1 动反力和叶轮总轴向力的变化 |
4.5.2 泵内部流场及动反力变化机理分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 叶片轴向投影面积对离心泵轴向力影响的研究 |
5.1 叶片进口边位置不变时叶片轴向投影面积对轴向力的影响 |
5.1.1 叶片轴向投影面积影响因素分析及技术方案 |
5.1.2 方格网叶片型线调整后叶片轴向投影面积的变化 |
5.1.3 叶片轴向投影面积变化对泵性能的影响 |
5.1.4 叶片所受轴向力和叶轮总轴向力的变化 |
5.1.5 叶片表面压差的变化 |
5.2 叶片进口边位置变化时叶片轴向投影面积对轴向力的影响 |
5.2.1 技术方案 |
5.2.2 方格网叶片型线调整后叶片轴向投影面积的变化 |
5.2.3 叶片轴向投影面积变化对泵性能的影响 |
5.2.4 叶片所受轴向力和叶轮总轴向力的变化 |
5.2.5 叶片表面压差的变化 |
5.3 轴向力综合优化方法的研究 |
5.3.1 引言 |
5.3.2 技术方案和计算结果分析 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的论文成果 |
(7)流量瞬变工况下离心泵内部失速特性及压力脉动研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 离心泵失速特性 |
1.2.2 离心泵压力脉动 |
1.2.3 离心泵内部流动的瞬变特征 |
1.3 研究问题的提出 |
1.4 本文的主要工作 |
第2章 计算模型与数值方法 |
2.1 模型简介 |
2.2 控制方程与湍流模型 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 湍流模型 |
2.3 网格划分与边界条件 |
2.3.1 网格划分 |
2.3.2 边界条件 |
2.4 数值结果验证 |
2.5 本章小结 |
第3章 正弦流量工况下离心泵叶轮内部流动特征及演化规律 |
3.1 工况简介 |
3.2 流动发展过程概述 |
3.3 叶轮内部流动的演化规律 |
3.3.1 静压分布 |
3.3.2 压力脉动分析 |
3.3.3 流量瞬变的影响 |
3.3.4 流动滞后的原因解释 |
3.4 叶轮失速特性研究 |
3.4.1 交替失速工况区域的判定 |
3.4.2 交替失速工况区域的平均失速强度 |
3.4.3 流量瞬变对失速的影响 |
3.5 叶轮外特性分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 流量瞬变频率对离心泵叶轮非定常流动特性的影响 |
4.1 瞬变工况对比 |
4.2 叶轮内部流动演化规律比较 |
4.2.1 流量上升和下降阶段流场分布 |
4.2.2 静压与速度的时间变化率 |
4.2.3 相邻流道的压力脉动 |
4.3 叶轮失速特性的影响 |
4.3.1 失速工况区域的比较 |
4.3.2 平均失速强度对比 |
4.3.3 瞬变频率对失速的影响 |
4.4 叶轮外特性分析 |
4.4.1 扬程的数据统计与脉动对比 |
4.4.2 相同进口流量的扬程比较 |
4.5 本章小结 |
第5章 瞬变工况下离心泵的动静干涉特性 |
5.1 计算对象和研究方法 |
5.1.1 计算对象 |
5.1.2 研究方法 |
5.2 泵内失速的演化规律 |
5.3 泵内脉动特性研究 |
5.3.1 叶轮流道脉动 |
5.3.2 蜗壳附近的脉动 |
5.4 泵外特性分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(8)轴向平移叶轮前盖板改变离心泵运行工况的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究意义与背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 叶轮结构对离心泵性能影响的研究现状 |
1.2.2 离心泵切割叶轮外径的研究现状 |
1.2.3 离心泵非稳态流动特性研究现状 |
1.3 本文研究内容 |
1.4 本章小结 |
第2章 离心泵数值计算基础 |
2.1 数值计算理论 |
2.2 计算模型的建立 |
2.2.1 离心泵选型和建模 |
2.2.2 计算模型网格划分 |
2.2.3 网格无关性分析 |
2.3 数值计算方法 |
2.4 数值模拟验证 |
2.5 本章小结 |
第3章 平移叶轮前盖板改变离心泵性能的研究 |
3.1 轴向平移前盖板改变离心泵性能的理论分析 |
3.1.1 平移叶轮前盖板的方案 |
3.1.2 平移叶轮前盖板改变离心泵扬程的理论分析 |
3.2 轴向平移叶轮前盖板改变离心泵外特性的研究 |
3.2.1 平移叶轮前盖板对离心泵扬程的影响 |
3.2.2 平移叶轮前盖板对离心泵效率的影响 |
3.3 轴向平移叶轮前盖板改变离心泵内流场特性的研究 |
3.3.1 平移前盖板对叶轮流场的影响 |
3.3.2 平移叶轮前盖板对蜗壳流场的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 平移叶轮前盖板改变离心泵水力性能的预测方法 |
4.1 离心泵叶轮外径切割公式理论 |
4.2 轴向平移叶轮前盖板与切割叶轮外径对离心泵性能影响对比 |
4.2.1 切割叶轮外径改变离心泵的外特性的分析 |
4.2.2 两种叶轮修改方案对离心泵性能影响的对比 |
4.3 轴向平移叶轮前盖板改变离心泵性能的换算公式推导 |
4.3.1 换算公式的推导 |
4.3.2 换算公式修正 |
4.3.3 换算公式的适用范围 |
4.4 本章小结 |
第5章 平移叶轮前盖板影响离心泵运行稳定性的研究 |
5.1 离心泵内流场压力脉动的研究方法 |
5.1.1 离心泵压力脉动基本理论 |
5.1.2 压力脉动监测点的布置及分析方法 |
5.2 轴向平移前盖板对叶轮内非稳态特性的影响 |
5.2.1 小流量工况 |
5.2.2 大流量工况 |
5.3 轴向平移叶轮前盖板对螺旋压水室压力脉动特性的影响 |
5.4 轴向平移叶轮前盖板对半螺旋吸入室压力脉动特性的影响 |
5.5 轴向平移前盖板对叶轮径向力的影响 |
5.6 轴向平移叶轮前盖板对离心泵空化性能的影响 |
5.7 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
附录 B |
(9)叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能影响的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 离心泵叶轮内部流动机理及水力损失计算理论的研究 |
1.2.2 叶轮水力设计及优化方法的研究 |
1.2.3 叶轮几何参数变化对水力性能影响的研究 |
1.2.4 叶轮内部流动机理的研究 |
1.2.5 科氏力对旋转机械内部流动影响的研究 |
1.3 课题研究目标 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 湍流数值模拟基本理论 |
2.1 CFD简介 |
2.2 湍流数值模拟方法 |
2.2.1 直接数值模拟方法 |
2.2.2 大涡模拟方法 |
2.2.3 雷诺时均化模拟方法 |
2.2.4 分离涡模拟方法 |
2.3 控制方程及其离散化 |
2.3.1 流动控制方程 |
2.3.2 控制方程的离散 |
2.4 SIMPLE算法 |
2.5 湍流模型和近壁面处理 |
2.5.1 湍流模型 |
2.5.2 近壁面处理 |
2.6 边界条件 |
2.7 网格模型 |
2.7.1 网格划分方案 |
2.7.2 网格无关性验证 |
2.8 本章小结 |
第3章 多级离心泵水力性能预测精度影响因素研究 |
3.1 几何模型 |
3.2 计算方法 |
3.3 计算结果分析 |
3.3.1 不同网格类型对水力性能预测精度的影响 |
3.3.2 定常与非定常计算对水力性能预测精度的影响 |
3.3.3 不同湍流模型对水力性能预测精度的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 叶轮内流体质点流动机理分析 |
4.1 叶轮内流体质点的动力学分析 |
4.2 旋转离心力和科氏力对流道内部流动的影响 |
4.2.1 几何模型 |
4.2.2 计算方法 |
4.2.3 流场分析 |
4.3 叶片曲率半径对流道内部流动的影响 |
4.3.1 几何模型 |
4.3.2 计算方法 |
4.3.3 流场分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 叶片曲率半径对叶轮水力性能的影响 |
5.1 叶片曲率半径影响因素分析及技术方案 |
5.2 叶片入口角变化对叶轮水力性能的影响 |
5.2.1 叶片曲率半径的变化 |
5.2.2 次级叶轮及泵水力性能的变化 |
5.2.3 叶轮内相对速度矢量场的变化 |
5.2.4 叶片表面压力的变化 |
5.3 叶片出口角变化对叶轮水力性能的影响 |
5.3.1 叶片曲率半径的变化 |
5.3.2 次级叶轮及泵水力性能的变化 |
5.3.3 叶轮内相对速度矢量场的变化 |
5.3.4 叶片表面压力的变化 |
5.4 叶片入口角和出口角同时变化对叶轮水力性能的影响 |
5.4.1 叶片曲率半径的变化 |
5.4.2 次级叶轮及泵水力性能的变化 |
5.4.3 叶轮内相对速度矢量场的变化 |
5.4.4 叶片表面压力的变化 |
5.5 优化理论的工程应用与试验验证 |
5.6 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读学位期间发表的论文及科研成果 |
(10)基于CFD的汽车电子水泵流场分析与结构优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 汽车电子水泵国内外研究现状 |
1.2.1 国内研究现状 |
1.2.2 国外研究现状 |
1.3 本课题主要研究内容 |
2 汽车电子水泵离心泵部分的水力设计 |
2.1 离心泵水力设计理论 |
2.1.1 相似理论方法 |
2.1.2 速度系数计算法 |
2.2 离心泵结构设计 |
2.2.1 离心泵整体结构设计 |
2.2.2 离心泵叶轮的水力设计 |
2.2.3 离心泵压水室的设计 |
2.3 离心泵三维建模 |
2.3.1 CFturbo软件介绍 |
2.3.2 离心泵叶轮建模 |
2.3.3 离心泵蜗壳建模 |
2.4 本章小结 |
3 汽车电子水泵离心泵内部流场数值模拟 |
3.1 计算流体力学理论基础 |
3.1.1 连续性方程 |
3.1.2 动量方程 |
3.1.3 能量方程 |
3.2 流体域网格划分 |
3.2.1 Pump Linx软件介绍 |
3.2.2 电子水泵模型前处理 |
3.2.3 网格无关性分析 |
3.3 离心泵流场数值模拟 |
3.3.1 选择模板 |
3.3.2 边界条件 |
3.3.3 迭代计算 |
3.4 本章小结 |
4 汽车电子水泵离心泵部分遗传算法多目标优化 |
4.1 目标函数数学模型 |
4.1.1 确定优化目标与优化变量 |
4.1.2 分目标函数 |
4.1.3 统一目标函数 |
4.1.4 约束条件 |
4.2 遗传算法多目标优化 |
4.2.1 遗传算法简介 |
4.2.2 遗传算法工具箱的优化计算 |
4.3 本章小结 |
5 汽车电子水泵离心泵部分流场分析 |
5.1 优化模型建模与仿真 |
5.2 流场分析 |
5.2.1 压力场分析 |
5.2.2 速度场分析 |
5.2.3 湍动能分析 |
5.2.4 空化分析 |
5.3 离心泵外特性分析 |
5.4 本章小结 |
6 叶轮和蜗壳试制与汽车电子水泵性能测试 |
6.1 叶轮和蜗壳试制及试验方案 |
6.1.1 叶轮和蜗壳试制 |
6.1.2 试验方案 |
6.2 试验条件 |
6.2.1 试验设备 |
6.2.2 试验数据采集 |
6.3 试验结果 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表学术论文情况 |
致谢 |
四、离心泵叶轮直径确定方法的讨论(论文参考文献)
- [1]离心泵叶轮拓扑优化设计方法研究[D]. 张辉. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]轴流核主泵内部非定常流动特性与水力激振抑制研究[D]. 陈鑫. 浙江大学, 2021
- [3]离心泵叶片前缘粗糙带空化特性的研究[D]. 李清华. 兰州理工大学, 2021(01)
- [4]半开式叶轮叶顶间隙对离心泵性能的影响研究[D]. 蒋艺萌. 兰州理工大学, 2021(01)
- [5]双壳体多级离心泵(BB5)轴向力平衡特性分析及水力性能优化[D]. 钱晨. 兰州理工大学, 2021
- [6]基于叶轮几何参数控制的离心泵轴向力优化研究[D]. 汪东山. 兰州理工大学, 2021(01)
- [7]流量瞬变工况下离心泵内部失速特性及压力脉动研究[D]. 匡仁飞. 浙江理工大学, 2021
- [8]轴向平移叶轮前盖板改变离心泵运行工况的研究[D]. 梁允昇. 兰州理工大学, 2021(01)
- [9]叶片曲率半径变化对离心泵叶轮水力性能影响的研究[D]. 刘宇宁. 兰州理工大学, 2020(01)
- [10]基于CFD的汽车电子水泵流场分析与结构优化[D]. 王全玉. 辽宁工业大学, 2020(03)