超低比轉速高速離心泵復合式葉輪內部流動及其性能研究.pdf

1、隨著石油化工、冶金電力、航空航天等工業(yè)的迅速發(fā)展，離心泵也逐步向高速和大功率方向發(fā)展，而且隨著離心泵輸送介質的多樣化，特別是在輸送易汽化介質和輸送低溫液化氣體等應用領域的不斷擴展，揚程更高、流量更低的超低比轉速高速離心泵得到了廣泛應用。由于傳統(tǒng)的以一元理論和相似理論為基礎建立的速度系數(shù)法和模型換算法在設計超低比轉速離心泵時具有一定的局限性，受到工作環(huán)境以及泵自身性能的限制，小流量泵在效率、可靠性以及穩(wěn)定性等方面都需要進一步改進。本研究采

2、用CFD數(shù)值模擬計算方法，對具有不同短葉片型式的GS25型超低比轉速高速離心泵在設計流量與大流量、小流量等不同運行工況下進行全流場三維湍流數(shù)值模擬，對長短葉片復合式葉輪離心泵內部流動特性進行了較為深入的研究，旨在得到GS25型超低比轉速高速離心泵復合式葉輪的最優(yōu)設計方案，找出分流短葉片對內部流動及其性能的影響規(guī)律。主要研究內容和所做的主要工作如下：
　　 ⑴基于傳統(tǒng)的離心泵一元設計理論，結合低比轉速離心泵的加大流量設計法和速度系

3、數(shù)法，根據(jù)本課題給定的基本設計參數(shù)，完成了GS25型超低比轉速高速離心泵的復合式葉輪和蝸殼的水力設計，得到GS25型超低比轉速高速離心泵的初始設計方案。
　　 ⑵基于數(shù)理統(tǒng)計和正交理論，針對影響復合式葉輪短葉片設計的葉片數(shù)、葉片徑向進口的相對位置、葉片周向偏置度、偏轉角四個主要因素，根據(jù)不同因素水平條件，由正交法得到四因素四水平的十六種不同短葉片型式的復合式葉輪方案，并通過對L16(44)正交方案數(shù)值模擬計算結果的極差分析得出各

4、因素水平對揚程和效率影響的主次順序，得出影響短葉片設計的各個因素水平對GS25型超低比速高速離心泵性能的影響趨勢，從而得到長短葉片及其布置最佳匹配的復合式高速離心泵葉輪的模型方案。
　　 ⑶在GS25型超低比轉速高速離心泵復合式葉輪葉片的三維實體造型過程中，提出了空間柱面坐標法，將葉片翼型二維平面的水力模型轉化為空間坐標點，通過調整坐標點的數(shù)值，來實現(xiàn)對葉片的修型，為提高過流部件內部流動CFD數(shù)值模擬精度及其性能預測的準確性奠定

5、可靠的基礎。
　　 ⑷整機數(shù)值模擬計算基于連續(xù)方程和雷諾時均Navier-Stockes方程，采用標準k-ε湍流模型和SIMPLEC算法，分別對采用五長葉片的常規(guī)葉輪和正交法優(yōu)化設計得到的長短各五葉片的復合式葉輪離心泵，在0.5Q、0.8Q、1.0Q1.2Q、1.5Q等不同運行工況進行了三維湍流數(shù)值模擬研究。計算得到了兩種模型方案內部流動速度場和壓力場的分布特征，著重分析比較了設計工況點下，兩種葉輪方案內部的壓力和速度分布規(guī)律。