超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵復(fù)合式葉輪內(nèi)部流動(dòng)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(zhì)的多樣化，特別是在輸送易汽化介質(zhì)和輸送低溫液化氣體等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，揚(yáng)程更高、流量更低的超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵得到了廣泛應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的以一元理論和相似理論為基礎(chǔ)建立的速度系數(shù)法和模型換算法在設(shè)計(jì)超低比轉(zhuǎn)速離心泵時(shí)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(jìn)一步改進(jìn)。本研究采

2、用CFD數(shù)值模擬計(jì)算方法，對(duì)具有不同短葉片型式的GS25型超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵在設(shè)計(jì)流量與大流量、小流量等不同運(yùn)行工況下進(jìn)行全流場(chǎng)三維湍流數(shù)值模擬，對(duì)長(zhǎng)短葉片復(fù)合式葉輪離心泵內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行了較為深入的研究，旨在得到GS25型超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵復(fù)合式葉輪的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，找出分流短葉片對(duì)內(nèi)部流動(dòng)及其性能的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容和所做的主要工作如下：
　　 ⑴基于傳統(tǒng)的離心泵一元設(shè)計(jì)理論，結(jié)合低比轉(zhuǎn)速離心泵的加大流量設(shè)計(jì)法和速度系

3、數(shù)法，根據(jù)本課題給定的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，完成了GS25型超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵的復(fù)合式葉輪和蝸殼的水力設(shè)計(jì)，得到GS25型超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵的初始設(shè)計(jì)方案。
　　 ⑵基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)和正交理論，針對(duì)影響復(fù)合式葉輪短葉片設(shè)計(jì)的葉片數(shù)、葉片徑向進(jìn)口的相對(duì)位置、葉片周向偏置度、偏轉(zhuǎn)角四個(gè)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(fù)合式葉輪方案，并通過(guò)對(duì)L16(44)正交方案數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的極差分析得出各

4、因素水平對(duì)揚(yáng)程和效率影響的主次順序，得出影響短葉片設(shè)計(jì)的各個(gè)因素水平對(duì)GS25型超低比速高速離心泵性能的影響趨勢(shì)，從而得到長(zhǎng)短葉片及其布置最佳匹配的復(fù)合式高速離心泵葉輪的模型方案。
　　 ⑶在GS25型超低比轉(zhuǎn)速高速離心泵復(fù)合式葉輪葉片的三維實(shí)體造型過(guò)程中，提出了空間柱面坐標(biāo)法，將葉片翼型二維平面的水力模型轉(zhuǎn)化為空間坐標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)值，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的修型，為提高過(guò)流部件內(nèi)部流動(dòng)CFD數(shù)值模擬精度及其性能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性奠定

5、可靠的基礎(chǔ)。
　　 ⑷整機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算基于連續(xù)方程和雷諾時(shí)均Navier-Stockes方程，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型和SIMPLEC算法，分別對(duì)采用五長(zhǎng)葉片的常規(guī)葉輪和正交法優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的長(zhǎng)短各五葉片的復(fù)合式葉輪離心泵，在0.5Q、0.8Q、1.0Q1.2Q、1.5Q等不同運(yùn)行工況進(jìn)行了三維湍流數(shù)值模擬研究。計(jì)算得到了兩種模型方案內(nèi)部流動(dòng)速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布特征，著重分析比較了設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下，兩種葉輪方案內(nèi)部的壓力和速度分布規(guī)律。