微小型離心泵葉輪內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)參數(shù)研究及其表征.pdf

1、離心泵是應(yīng)用范圍量大面廣的葉輪機(jī)械，其中微小型離心泵因其特殊的尺寸范圍被廣泛用于微流體傳輸和醫(yī)療設(shè)備中，并得到了研究人員的廣泛關(guān)注。作為特殊尺寸的離心泵，微小型離心泵的工作中存在運(yùn)行不穩(wěn)定、效率低等影響使用的關(guān)鍵問題。正確把握和精確捕捉泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)及其時空演化規(guī)律，對理解微小型離心泵的運(yùn)行不穩(wěn)定、內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)及流動不穩(wěn)定性的成因具有重要意義。
　　本文以微小型離心泵模型泵為研究對象，對不同運(yùn)行工況下葉輪內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)進(jìn)行捕捉和分析

2、，結(jié)合速度、壓力、流線、分離渦等流動參數(shù)對內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)時空演變和不穩(wěn)定表征展開分析。對不同工況下葉輪周向壓力脈動和葉輪內(nèi)部流場的渦核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合能量梯度理論，從能量場的角度開展多工況微小型離心泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)演變規(guī)律的研究，為后續(xù)的微小型離心泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)分析以及優(yōu)化設(shè)計工作提供更多的研究思路和分析依據(jù)。本文的主要工作包括:
　　1.對微小型離心泵進(jìn)行了定常數(shù)值計算，獲得了離心泵的特性曲線;對不同流量工況

3、下泵葉輪內(nèi)部速度場、壓力場、流線、渦核等流動參數(shù)進(jìn)行了定性和定量的分析。基于能量梯度理論對微小型離心泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并評估了不同流量工況下微小型離心泵葉輪內(nèi)部的流動狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，能量梯度函數(shù)能夠很好的捕捉機(jī)械能梯度突變區(qū)域和剪切力突變區(qū)域，而且能夠反映大尺度渦流對葉片表面造成的流動不穩(wěn)定的影響。
　　2.對微小型離心泵進(jìn)行了非定常數(shù)值計算，分析了葉輪內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)隨時間的演變規(guī)律。基于能量梯度理論從能量場角度對葉輪內(nèi)部流

4、動參數(shù)進(jìn)行了提取和分析，研究了內(nèi)部流場和能量梯度函數(shù)K隨時間變化的關(guān)聯(lián)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，隨著葉輪靠近隔舌流道中的小尺度渦的尺度逐漸增加，渦流的發(fā)展變化加劇了隔舌附近流場的壓力脈動程度。
　　3.開展了周期性變流量工況下微小型離心泵非定常數(shù)值計算，采用正弦波形的流量函數(shù)，對流量上升段、流量下降段和流量函數(shù)特殊位置點(diǎn)三種階段下離心泵葉輪內(nèi)部流場進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)在流量變化階段，葉片壓力面附近流場的速度/壓力變化幅度巨大，加劇了壓力面附近流