離心泵作透平的理論分析數(shù)值計算與實驗研究.pdf

1、液體壓力能是一種無污染、可再生能源。隨著能源需求的不斷上升和節(jié)能意識的不斷增強，開發(fā)利用小功率液體壓力能將對建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會將起到重要作用。泵作透平開發(fā)利用小功率液體壓力能與其他類型的小功率液體壓力能開發(fā)利用技術(shù)相比具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、造價低、壽命長、易維修等優(yōu)勢。目前在工業(yè)流程、小水電等節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域均有應用。對泵作透平進行研究具有明顯的社會和學術(shù)價值，本文以泵作透平為研究對象，應用理論分析、數(shù)值計算和實驗相結(jié)合的方法對離

2、心泵作透平的選型、內(nèi)部流動、高效設(shè)計理論和設(shè)計方法以及非定常壓力脈動等方面進行了研究。本文的主要工作和創(chuàng)造性成果有:
　　 1.系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外泵作透平的研究現(xiàn)狀并對泵作透平的發(fā)展趨勢進行了展望。總結(jié)了泵作透平的基礎(chǔ)理論，分析了泵作透平的外特性特點，明確了泵作透平外特性曲線的變化與葉輪幾何參數(shù)之間的關(guān)系。
　　 2.研制了泵作透平驅(qū)動泵和泵作透平驅(qū)動測功機兩種形式的實驗臺。分別對兩種形式的實驗臺進行了實驗調(diào)試，分析了自

3、主研制實驗臺和以往實驗臺的優(yōu)缺點。編制了泵作透平實驗臺自動測試系統(tǒng)軟件，成功實現(xiàn)了泵作透平外特性的自動測量。
　　 3.研究了較為準確的泵作透平外特性數(shù)值預測方法。對數(shù)值計算過程中三維造型的簡化、網(wǎng)格類型和湍流模型的選擇等關(guān)鍵問題進行了研究。數(shù)值與實驗結(jié)果表明:采用全流場、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和標準k-ε湍流模型能夠較準確地預測泵作透平的外特性。
　　 4.對低、中、高三個不同比轉(zhuǎn)數(shù)的泵和泵作透平進行了數(shù)值與實驗研究。對離心泵正反

4、工況的外特性和內(nèi)部流場的區(qū)別與聯(lián)系進行了分析;研究了泵和泵作透平高效點之間的流量、揚程換算系數(shù)，提出了一種較為準確的預測泵作透平高效點的半經(jīng)驗公式，可為泵作透平的選型提供參考;分析了泵作透平內(nèi)部水力損失分布規(guī)律，為泵作透平的進一步優(yōu)化設(shè)計指明了方向。
　　 5.首次對離心泵作透平葉輪高效設(shè)計理論和設(shè)計方法進行了較為系統(tǒng)的研究。分別研究了葉輪主要幾何參數(shù)如:葉片包角、葉片數(shù)、葉片進口寬度、葉片進口安放角、葉片厚度、分流葉片、葉輪直

5、徑、葉片彎曲形狀等對泵作透平內(nèi)部水力損失分布、內(nèi)部流動和外特性的影響，豐富和完善了泵作透平的設(shè)計理論和設(shè)計方法。首次提出對于只在透平工況運行的泵作透平，采用具有體積小、效率高等特點的透平專用前彎型葉片葉輪。
　　 6.首次對泵作透平高效蝸殼的設(shè)計進行了研究。分別對蝸殼主要幾何參數(shù)如斷面形狀、喉部面積、環(huán)形部分變化規(guī)律和基圓直徑等對泵作透平內(nèi)部水力損失分布和外特性的影響進行了研究，掌握了蝸殼主要幾何參數(shù)對泵作透平內(nèi)部水力損失分布和