邊界層分離對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵水力性能的影響及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、低比轉(zhuǎn)速離心泵因其流量小、揚(yáng)程高的特點(diǎn)而在石油化工、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、航空航天等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。但其仍存在效率低,流量一揚(yáng)程性能曲線(xiàn)易出現(xiàn)駝峰而造成流動(dòng)不穩(wěn)定,軸功率曲線(xiàn)隨流量的增大急劇上升易引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載等缺點(diǎn)。為了解決上述問(wèn)題,提高離心泵的水力性能,改善其內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài),本文在基于邊界層理論的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)葉輪葉片型線(xiàn),旨在抑制葉輪流道內(nèi)脫流與回流現(xiàn)象和降低流動(dòng)損失,從而提高離心泵的水力性能;同時(shí)又結(jié)合添加分流葉片的設(shè)計(jì)方法

2、,進(jìn)一步研究探討兩種方法的集成對(duì)水力性能的影響。
  本文主要工作和研究成果有:
  1.分析對(duì)比了低比轉(zhuǎn)速離心泵幾種主要的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,本文選擇運(yùn)用邊界層理論設(shè)計(jì)葉輪葉片型線(xiàn),從而提高低比轉(zhuǎn)速離心泵性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
  2.在葉片邊界層理論的基礎(chǔ)上,引入速度系數(shù)kv和邊界層動(dòng)量損失厚度的參數(shù),推導(dǎo)出葉輪葉片型線(xiàn)方程,并結(jié)合葉片邊界層厚度和泵的理論揚(yáng)程等約束計(jì)算出葉片型線(xiàn)的具體參數(shù)。
  3.通過(guò)分析實(shí)例,在

3、給定的初始條件下,計(jì)算出邊界層動(dòng)量厚度和理論揚(yáng)程,并在形狀因子的約束下篩選出最佳的速度系數(shù)取值,結(jié)合已推導(dǎo)出的葉片型線(xiàn)方程進(jìn)行賦值,最終得到無(wú)分離型泵葉片型線(xiàn)的具體參數(shù)。對(duì)重新設(shè)計(jì)的無(wú)分離型泵進(jìn)行水力性能的對(duì)比分析,并結(jié)合其靜壓云圖、速度矢量圖和湍動(dòng)能分布云圖等進(jìn)行流動(dòng)狀態(tài)的分析。結(jié)果表明,無(wú)分離型離心泵在額定工況下速度分布比較均勻,并不存在回流、脫流等現(xiàn)象,說(shuō)明無(wú)分離型泵大大改善了葉輪流道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài),使運(yùn)行更加穩(wěn)定。而由靜壓云圖可以看

4、出,無(wú)分離型泵在額定工況下靜壓分布也較均勻,在蝸殼的環(huán)形空間內(nèi)未出現(xiàn)較大的靜壓梯度,說(shuō)明流道內(nèi)流動(dòng)平穩(wěn),壓力脈動(dòng)較微弱。而由其湍動(dòng)能分布云圖可以更準(zhǔn)確的驗(yàn)證速度矢量圖中觀(guān)察到的脫流與回流等現(xiàn)象??疾焖π阅軋D,在數(shù)值模擬的運(yùn)行工況范圍內(nèi),無(wú)分離型泵揚(yáng)程有所增大,效率有所提高而軸功率反而下降,這就在兼顧離心泵效率的同時(shí),也很好的解決了低比轉(zhuǎn)速離心泵大流量工況下電動(dòng)機(jī)易過(guò)載的問(wèn)題。
  4.基于應(yīng)用以上設(shè)計(jì)方法而得到的邊界層無(wú)分離的泵

5、型,結(jié)合短葉片偏置方法設(shè)計(jì)帶分流葉片的泵型,并進(jìn)行對(duì)比分析。在額定工況下運(yùn)行時(shí),無(wú)分離帶分流葉片型泵和帶分流葉片型泵葉輪流道內(nèi)速度、壓力和湍動(dòng)能的分布都較小流量和大流量工況下均勻,而帶分流葉片型泵葉輪流道內(nèi)卻有脫流、回流的產(chǎn)生,蝸殼環(huán)形空間內(nèi)靜壓梯度也較大。根據(jù)水力性能圖可以發(fā)現(xiàn),帶分流葉片型泵的揚(yáng)程和軸功率都較無(wú)分離帶分流葉片型泵高得多,而效率卻有所降低。在大流量工況下,雖然帶分流葉片型泵拓寬了泵的運(yùn)行工況范圍,但其軸功率已經(jīng)大于設(shè)計(jì)

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