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1、学校代号：1 0 7 3 l学密号：0 9 2 0 8 0 7 0 4 0 19级：公开兰州理工大学硕士学位论文基于CF D 的低比转速离心泵叶轮切割对其性能影响的研究遵蒲冀X耋扎u-誊嚼驴警，穗警童声r ： J ，T h eR e s e a r c ho nP e r f o r m a n c ef o r t h eI m p e l l e rC u t t i n go ft h eC e n t r i f u g a lP u m p sw i t hl o wS p e c i f i c S p e e db a s e do nt h eC F DB yY a n gD
2、e n g f e n gB E ( H e n a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ) 2 0 0 9At h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h eR e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gl nF l u i dM a c h i n e r ya n dE n g i n e e r i n gi nt h eG
3、 r a d u a t eS c h o o lO fL a n z h o uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g yS u p e r v i s o rP r o f e s s o rZ h a oW a n y o n gA p r i l ，2 0 1 29川330iiiiIiiii一洲2YkI一。3，-，1 二兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑匝声明：所节交的论文是本人在导师的指导卜独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作晶。对本文的研究做出重要贡献的个人和集
4、体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识剑本声明的法律后果由本人承担。作者繇杨磴气日期：z 卅拜f 月1 3 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使朋学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印什和电子版，允许论文被布阅和借阅。本人授权兰州理 ：大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采J H j 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l 、保密口，在一年解密后适剧本授权旧。2 、不保密“( 请在以上相应方框内打“”)作者签名：导师签名：- 日期：堋z 年f 月1 7 日日期：知解月哆日r，t八硕十学
5、何论文目录摘要I A b S t r a c t III 第l 章绪论11 1 课题研究的：卷义和L J 的l 1 1 1 低比转速离心泵研究现状11 1 2 低比转速离心泵设计研究现状31 1 3 离心泵叶轮切割的研究进展41 1 4C F D 技术在离心泵内部流场模拟中的应用71 2 本课题的意义和所研究的主要内容8 1 2 1 本课题的意义81 2 2 本课题所研究的主要内容8第二章离心泵叶轮外径切割10 2 1 数值研究对象l0Ol122345577990l3445551l1l1l11llll122222222一一一一一一一一一一一一：_ 一一算一一一一渺t一，基丁C F D 的低比转
6、速离心泵叶轮切割对其性能影响的研究3 6 2 各模型的绝对速度对比2 93 6 3 蜗壳与叶轮间隙流动的变化3 l3 6 4 隔舌与叶轮间隙的流动3 3 3 7 本章小结3 6第四章离心泵内全流道三维j 怍定常数值计算：3 74 1 计算条件及数值模拟对象3 7 4 1 1 初始条件与边界条件3 7 4 1 2 时间步长的选取3 7 4 1 3 数值模拟对象及计算收敛过程3 8 4 2 计算结果分析3 8 4 2 1 不同工况下静压分布3 8 4 2 2 隔舌部位静压分析4 2 4 2 3 不同工况下绝对速度分布4 4 4 2 4 隔舌部位速度分布4 8 4 3 压力脉动分析5 0 4 3 1
7、 监测点的选择5 04 4 同一流量下不同监测点压力脉动分析5 l4 4 1 小流量下各监测点压力脉动5 1 4 4 2 中间流量下各监测点压力脉动5 24 4 3 大流量下各监测点压力脉动5 3 4 5 同一模型不同流量下各监测点压力脉动分析5 44 5 10 # 模型各监测点不同流量下压力脉动5 44 5 22 # 模型各监测点不同流量下压力脉动5 54 5 35 # 模型各监测点不同流量下压力脉动5 64 6 本章小结5 8 结论、不足与展望5 9 参考文献6 1 致谢6 4 附录A 攻读学位期间公开发表的论文6 5硕十学位论文摘要通常定义3 0 0 9 和0 8 0 9 情况下进行了5
8、 m m 、8 m m 、2 0 m m 三次不等量切割。在0 8 0 9 情况下切割后的1 # 、2 # 模型Q - H 曲线较为平滑，且曲线较为相似。在O 8 5 t t 模型 3 # 模型 2 # 模型 1 #模型 0 # 模型，且高效区变窄6 。其中切割4 0 m m 后的5 # 模型效率在流量Q 9 0 m 3 h的各工况点效率低于O # 模型，在小流量区域效率较高。这说明在对低比转速离心泵少量切割时，泵的最高效率有可能升高，但经过大量切割之后，由于泵叶轮与蜗壳不再匹配，内部流动各种损失严重，导致效率变低。但5 # 模型仍处于高效率区域。通过以上各图分析可知，低比转速离心泵叶轮外径切
9、割之后，在切割量不大于10 的情况下，离心泵的Q - H 曲线较为平坦，外特性曲线存在相似性，且泵的效率升高。在切割量大于10 时，Q H 曲线开始变的有波动，效率也开始下降。因此再对低比转速离心泵外径切割时，切割量应保持在1O 之内。3 5 各模型处与面积比高效区位置的计算本文通过计算原型泵及切割之后各个模型的比转速与面积比系数，并将其的位置与现有文献统计的高效区进行了对比。2 3基y - C F D 的低比转速离心泵叶轮切割对其性能影响的研究3 5 1 安德逊面积比高效区图3 5 面积比系数真实值在安德逊面积比图上的反映文献 5 对1 1 种IB 型离心泵、3 种双吸式离心泵和6 种B A
10、 式型离心泵面积比的实际值与计算值进行了比较，并将结果反映在A n d e r s o n 面积比图上，如图3 - 5 所示。由图可以看出，低、中比转速离心泵实际面积比点主要分布在A n d e r s o n 高效区的上下限的平均值以下的范围，特别是比转速低于5 0 的离心泵，实际点基本不在高效区内，而在低于高效区的下限范围。在现在的低比转速离心泵水力设计中，为了提高低比转速离心泵的效率，往往采取加大流量法设计，因此设计出的很多优良模型均处于安德逊面积比图高效区之内。3 5 2 国内面积比高效区的统计文献 5 对1 6 6 种较为优秀的水泵模型面积比系数进行了统计和回归，统计工作涉及双吸泵、
11、节段式多级泵、混流泵、单级离心泵，并绘制了面积比系数与泵比转速的关系图，如图3 - 6 所示，其回归的直线方法为Y = 0 0 3 6 8 4 9 + 0 0 0 2 3 1 0 n , 。2 4硕十学位论文图3 - 6 面积比系数与泉比转速关系曲线3 5 3 各模型在面积比高效区位置上一章通过切割后的各模型参数计算出了各模型的面积比系数，本章通过数值模拟 l 的结果，在最高效率点的效牢及j t 对J 藏的流疑t 叮汁算m 斧模，弘的比转速。计算各个模型的n ，为：n ，= 4 7 1 ，n 。= 4 7 7 ，n 。= 4 8 3 ，n 。= 5 0 3 ，n 。= 5 3 5 6 ，力。=
12、 5 6 8 。 。O 撑3 l 抖。2 撑。3 拌4 4 “35 抖计算各个模型的I f 佛! 比系数：r o = 0 2 2 4 7 ，I # = 0 2 16 4 ，匕= O 2 0 9 6 ，匕# = 0 18 6 9 ，匕# = 0 17 6 6 ，匕= 0 1 7 3 。将各模型的面积比系数反映在图= _ 7 中。0 90 8Y0 。7O 60 50 。40 30 2O 1、一 -|t 7 -A - - “高效区下界线 o二， 1 矗_ 己#0o 爿y ，04 0801 201 6 0 己0 02 402 803 2 03 E , 04 0 0n 5h59 单吸涡壳泵O 双吸涡壳泵
13、导叶式泵图3 - 7 各模型处于面积比高效区位置图示图3 - 7 是将C F D 模拟得出的结果反映在图3 - 6 中，通过图3 - 6 、图3 - 7 对比看出，原型泵及切割后的6 个模型均处于图示的高效区，说明了基于统计规律的面积比高效区是具有一定的参考价值的。3 6 离心泵内特性分析3 6 1 各模型的静压对比( 1 ) O # 、2 t 、5 # 模型叶轮区域静压分析。本文选取原型泵0 # 模型、叶轮小切割量2 # 模型、叶轮大切割量5 # 模型在流量为6 0m 3 h ，10 0 聊3 h ，l4 0m 3 h 下的数值模拟结果进行对比分析。基丁C F D 的低比转速离心泵叶轮切害0 对其性能影响的研究0 # 模型2 # 模型5 # 模型图3 - 8 三种模型Q = 6 0 朋3 h 叶轮静压图0 # 模型2 # 模型5 # 模型图3 - 9 三种模型Q
