離心泵多設(shè)計方案下內(nèi)流piv測試及其非定常全流場數(shù)值模擬

1、江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文離心泵多設(shè)計方案下內(nèi)流PIV測試及其非定常全流場數(shù)值模擬姓名：袁建平申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：流體機械及工程指導(dǎo)教師：袁壽其20080501江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：離心泵多設(shè)計方案下內(nèi)流P I V 測試及其非定常全流場數(shù)值模擬內(nèi)部流場的三維粘性湍流數(shù)值模擬。通過與P I V 實驗測試結(jié)果的對比分析，驗證了所建數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。通過對設(shè)計流量工況及非設(shè)計流量工況下五種方案葉輪內(nèi)部流動速度、壓力、湍動能分布的對比分析，發(fā)現(xiàn)：

2、低比速設(shè)計的葉輪流道內(nèi)流體基本沿葉片型線方向流動，較大流速出現(xiàn)在葉片吸力面附近，葉輪出口吸力面?zhèn)葻o低速尾流區(qū)存在，與P I V 測試結(jié)果一致；常規(guī)設(shè)計方法設(shè)計的葉輪，在葉片吸力面出口處存在低速尾流區(qū)，葉片壓力面距頭部1 ／3 處出現(xiàn)一較大范圍的低速旋渦區(qū)，使主流區(qū)的速度明顯增大；長短葉片葉輪葉片進口壓力面附近存在明顯的低速旋渦區(qū)，流體從長葉片吸力面橫向流向壓力面，與P I V 測試結(jié)果～致；由于短葉片的存在防止了尾流的產(chǎn)生和發(fā)展，長葉片

3、吸力面出口未出現(xiàn)低速尾流區(qū)：當(dāng)短葉片向長葉片吸力面偏置時，平衡了短葉片兩側(cè)流道內(nèi)的流動，流動更為均勻。通過對五種葉輪設(shè)計方案的分析和評估，為最終進行離心泵葉輪優(yōu)化水力設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。4 ．基于分塊耦合及局部加密的方法生成三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用凍結(jié)轉(zhuǎn)動部件法及多重參考坐標(biāo)系模型，對離心泵包括蝸殼在內(nèi)的全三維流場進行了定常數(shù)值模擬，結(jié)果表明：蝸殼進口速度和壓力沿周向分布呈明顯的周期性波動特征，葉輪出口射流和尾流區(qū)的存在與否及所處位置與泵的

4、流量及葉輪結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)系，進一步證實了離心泵內(nèi)從葉輪到蝸殼整個流場的強非對稱流動特征。通過不同設(shè)計方案及不同流量工況下的數(shù)值模擬對比分析，揭示了葉輪和蝸殼之間的動靜干涉對流場的影響。通過對多個設(shè)計方案不同流量工況下的數(shù)值模擬，數(shù)值預(yù)測了離心泵的性能曲線，并與外特性實驗曲線進行對比，進一步驗證了本文數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和性能預(yù)測的可行性，為離心泵的性能優(yōu)化提供了途徑。5 ．由于離心泵內(nèi)的非定常流動能引起泵內(nèi)部和出口的壓力脈動，進而誘導(dǎo)產(chǎn)生

5、噪聲和振動，不同設(shè)計方案離心泵的非定常特性也不同。本文針對不同的設(shè)計方案，采用滑移網(wǎng)格的非定常C F D 方法實現(xiàn)了整機全三維非定常流場的數(shù)值模擬，揭示了離心泵內(nèi)部流動周期性波動特性和非穩(wěn)定流動特征。蝸殼隔舌附近的壓力波動幅值最大，蝸殼出口斷面上的壓力波動幅值最??；小流量工況下，各方案的瞬時揚程波動不大，隨流量的增大瞬時揚程波動幅值明顯增大；低比速設(shè)計的葉輪瞬時揚程波動較大，常規(guī)設(shè)計的葉輪瞬時揚程波動最小；采用長短葉片的葉輪，短葉片偏向