邊界層分離對低比轉(zhuǎn)速離心泵水力性能的影響及優(yōu)化設(shè)計.pdf

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)程性能曲線易出現(xiàn)駝峰而造成流動不穩(wěn)定，軸功率曲線隨流量的增大急劇上升易引起電動機(jī)過載等缺點(diǎn)。為了解決上述問題，提高離心泵的水力性能，改善其內(nèi)部流動狀態(tài)，本文在基于邊界層理論的基礎(chǔ)上重新設(shè)計葉輪葉片型線，旨在抑制葉輪流道內(nèi)脫流與回流現(xiàn)象和降低流動損失，從而提高離心泵的水力性能;同時又結(jié)合添加分流葉片的設(shè)計方法

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

3、給定的初始條件下，計算出邊界層動量厚度和理論揚(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)出的葉片型線方程進(jìn)行賦值，最終得到無分離型泵葉片型線的具體參數(shù)。對重新設(shè)計的無分離型泵進(jìn)行水力性能的對比分析，并結(jié)合其靜壓云圖、速度矢量圖和湍動能分布云圖等進(jìn)行流動狀態(tài)的分析。結(jié)果表明，無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，說明無分離型泵大大改善了葉輪流道內(nèi)流動狀態(tài)，使運(yùn)行更加穩(wěn)定。而由靜壓云圖可以看

4、出，無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，說明流道內(nèi)流動平穩(wěn)，壓力脈動較微弱。而由其湍動能分布云圖可以更準(zhǔn)確的驗證速度矢量圖中觀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，也很好的解決了低比轉(zhuǎn)速離心泵大流量工況下電動機(jī)易過載的問題。
　　4.基于應(yīng)用以上設(shè)計方法而得到的邊界層無分離的泵

5、型，結(jié)合短葉片偏置方法設(shè)計帶分流葉片的泵型，并進(jìn)行對比分析。在額定工況下運(yùn)行時，無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