離心泵能量性能預(yù)測的研究.pdf

1、泵性能預(yù)測就是根據(jù)葉輪、蝸殼、導(dǎo)葉等過流部件的幾何參數(shù)、內(nèi)部流動特征和制造精度等因素預(yù)測泵的性能。它具有提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和降低開發(fā)成本等優(yōu)點，一直是泵領(lǐng)域十分重要的研究課題。但至今，泵性能預(yù)測的結(jié)果仍不夠精確，還不能滿足工程實際的需要。因此對離心泵性能預(yù)測的研究具有重要的學(xué)術(shù)價值和社會經(jīng)濟效益。本文的主要工作和創(chuàng)造性成果有： 1．較系統(tǒng)地總結(jié)了目前國內(nèi)外各類泵尤其是離心泵性能預(yù)測研究現(xiàn)狀并對其發(fā)展趨勢作了展望，

2、分析了流場計算法、水力損失法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等幾種主要的性能預(yù)測方法的優(yōu)缺點。 2．對流場計算法中三維造型、網(wǎng)格劃分、邊界條件、湍流模型以及求解算法等做了比較詳細(xì)的數(shù)值比較，并給出了相應(yīng)的使用建議，主要包括葉輪與蝸殼間的間隙處理方式、模型網(wǎng)格數(shù)、自由出流與壓力出口、SIMPLE算法與SIMPLEC算法、標(biāo)準(zhǔn)k—ε模型和RNG k—ε模型以及粗糙度常數(shù)等。 3．應(yīng)用流場計算法對離心泵的設(shè)計點及非設(shè)計點能量性能進行了預(yù)測并與實驗

3、結(jié)果進行了對比和分析，詳細(xì)研究了流量變化對離心泵內(nèi)部流場的影響；首次系統(tǒng)地研究了粗糙度對離心泵性能預(yù)測結(jié)果的影響，研究表明：(1)流場計算法在預(yù)測離心泵設(shè)計點及非設(shè)計點的性能時都具有比較高的預(yù)測精度；(2)考慮粗糙度后，性能預(yù)測精度有所提高，粗糙度對低比轉(zhuǎn)數(shù)小尺寸泵的能量性能影響大，而對中高比轉(zhuǎn)數(shù)大尺寸泵能量性能影響較小；(3)流量變化對泵內(nèi)流場影響明顯，偏離設(shè)計工況點時在各葉片進口背面出現(xiàn)了明顯的低壓區(qū)；大流量點時蝸殼擴散段靜壓出現(xiàn)了

4、明顯地下降；流量偏離設(shè)計工況點時，葉片進口速度方向發(fā)生了明顯的改變，大流量點為負(fù)沖角，小流量點為正沖角。 4．首次采用CFD方法研究了葉片出口角、葉片出口寬度以及葉片數(shù)變化對離心泵設(shè)計點性能、內(nèi)部流場以及性能曲線形狀的影響并用實驗進行了驗證。研究表明：(1)設(shè)計工況下，出口角變化對高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的性能影響較大；葉片出口寬度的變化對中等比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的性能影響較為明顯；葉片數(shù)的變化對高比轉(zhuǎn)數(shù)和低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵性能影響顯著；(2)葉片出

5、口角、葉片出口寬度以及葉片數(shù)的變化對離心泵葉輪內(nèi)的“射流—尾跡”現(xiàn)象都有明顯的影響，“尾跡”區(qū)的面積隨著出口角的增大、出口寬度的增加以及葉片數(shù)的減少而擴大；葉片出口寬度以及葉片數(shù)的變化對葉片進口背面的低壓區(qū)的面積大小也有較大的影響，隨著出口寬度的減小及葉片數(shù)的增加這一面積不斷增大；葉片出口寬度還對蝸殼斷面內(nèi)的二次流有較大的影響，葉片出口寬度的增大有利于消除蝸殼斷面內(nèi)二次流的漩渦，但過大的葉片出口寬度會造成回流；(3)葉片出口角、葉片出口

6、寬度以及葉片數(shù)變化對離心泵的揚程曲線和效率曲線的形狀有較明顯的影響，但尚難發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)律，尤其是葉片數(shù)的影響最為復(fù)雜。 5．分別應(yīng)用RANS非定常模擬和大渦模擬對不同比轉(zhuǎn)數(shù)的3臺離心泵進行了非定常的性能預(yù)測并分析了不同時刻流場變化。研究表明：(1)不論是RANS非定常模擬還是大渦模擬的非定常預(yù)測值都要高于定常模擬預(yù)測值，其中RANS非穩(wěn)態(tài)預(yù)測值最大；(2)當(dāng)葉片正對蝸殼隔舌時，此時泵內(nèi)靜壓梯度最大，在蝸殼隔舌附近及蝸殼出口的靜壓降

7、到了最小值，而這時在該葉片出口的工作面靜壓卻達(dá)到了最大值。當(dāng)葉片遠(yuǎn)離蝸殼隔舌時，泵內(nèi)壓力波動減小，靜壓場分布差異也有所減小。 6．首次根據(jù)大量優(yōu)秀水力模型的計算結(jié)果和實驗結(jié)果，比較分析了斯托道拉、威斯奈、普夫萊德爾、斯基克欽等滑移系數(shù)公式，研究表明對于離心泵而言威斯奈公式(ns＜65)和斯基克欽公式(ns＞65)的計算結(jié)果比較準(zhǔn)確，并通過對這兩個公式的修正進而達(dá)到修正理論揚程的目的，同時用回歸分析分類給出了其修正系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式

8、。 7．分析了水力損失的計算公式，在深入研究各種水力損失類型的基礎(chǔ)上，對各水力損失的表達(dá)式進行了修正，并結(jié)合實例用回歸分析方法給出了其修正系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。研究比較了各種圓盤摩擦損失的計算公式，認(rèn)為應(yīng)根據(jù)比轉(zhuǎn)數(shù)的范圍來選用圓盤摩擦損失的計算公式。根據(jù)大量實例修正了圓盤摩擦損失計算公式，并給出了其修正系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 8．基于水力損失法在Windows平臺上和AutoCAD環(huán)境下，用VC++6.0和ObjectARX20

9、00作為開發(fā)語言，首次開發(fā)成功了工程實用的離心泵性能預(yù)測軟件。 9．首次同時采用改進算法的BP網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)預(yù)測了離心泵的能量性能。研究表明BP網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)都有比較高的預(yù)測精度且BP網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度略高于RBF網(wǎng)絡(luò)，但BP網(wǎng)絡(luò)比較費時，所需時間約為RBF網(wǎng)絡(luò)的2倍。 10．比較了流場計算法、水力損失法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)測精度，比較結(jié)果表明流場計算法的預(yù)測精度最高、水力損失法次之，同時還發(fā)現(xiàn)水力損失法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在進行性