離心泵能量性能預(yù)測(cè)的研究.pdf

1、泵性能預(yù)測(cè)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(dòng)特征和制造精度等因素預(yù)測(cè)泵的性能。它具有提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(cè)的結(jié)果仍不夠精確，還不能滿足工程實(shí)際的需要。因此對(duì)離心泵性能預(yù)測(cè)的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guó)內(nèi)外各類泵尤其是離心泵性能預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作了展望，

2、分析了流場(chǎng)計(jì)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(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 2．對(duì)流場(chǎng)計(jì)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(chǎng)計(jì)算法對(duì)離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)及非設(shè)計(jì)點(diǎn)能量性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)并與實(shí)驗(yàn)

3、結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析，詳細(xì)研究了流量變化對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的影響；首次系統(tǒng)地研究了粗糙度對(duì)離心泵性能預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，研究表明：(1)流場(chǎng)計(jì)算法在預(yù)測(cè)離心泵設(shè)計(jì)點(diǎn)及非設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能時(shí)都具有比較高的預(yù)測(cè)精度；(2)考慮粗糙度后，性能預(yù)測(cè)精度有所提高，粗糙度對(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)小尺寸泵的能量性能影響大，而對(duì)中高比轉(zhuǎn)數(shù)大尺寸泵能量性能影響較?。?3)流量變化對(duì)泵內(nèi)流場(chǎng)影響明顯，偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí)在各葉片進(jìn)口背面出現(xiàn)了明顯的低壓區(qū)；大流量點(diǎn)時(shí)蝸殼擴(kuò)散段靜壓出現(xiàn)了

4、明顯地下降；流量偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí)，葉片進(jìn)口速度方向發(fā)生了明顯的改變，大流量點(diǎn)為負(fù)沖角，小流量點(diǎn)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(duì)離心泵設(shè)計(jì)點(diǎn)性能、內(nèi)部流場(chǎng)以及性能曲線形狀的影響并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明：(1)設(shè)計(jì)工況下，出口角變化對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(kuò)大；葉片出口寬度以及葉片數(shù)的變化對(duì)葉片進(jìn)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(duì)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(huì)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(duì)離心泵的揚(yáng)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(duì)不同比轉(zhuǎn)數(shù)的3臺(tái)離心泵進(jìn)行了非定常的性能預(yù)測(cè)并分析了不同時(shí)刻流場(chǎng)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(cè)值都要高于定常模擬預(yù)測(cè)值，其中RANS非穩(wěn)態(tài)預(yù)測(cè)值最大；(2)當(dāng)葉片正對(duì)蝸殼隔舌時(shí)，此時(shí)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(shí)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(shí)，泵內(nèi)壓力波動(dòng)減小，靜壓場(chǎng)分布差異也有所減小。 6．首次根據(jù)大量?jī)?yōu)秀水力模型的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)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(duì)于離心泵而言威斯奈公式(ns＜65)和斯基克欽公式(ns＞65)的計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確，并通過對(duì)這兩個(gè)公式的修正進(jìn)而達(dá)到修正理論揚(yáng)程的目的，同時(shí)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(jì)算公式，在深入研究各種水力損失類型的基礎(chǔ)上，對(duì)各水力損失的表達(dá)式進(jìn)行了修正，并結(jié)合實(shí)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(jì)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(jì)算公式。根據(jù)大量實(shí)例修正了圓盤摩擦損失計(jì)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(tái)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(shí)用的離心泵性能預(yù)測(cè)軟件。 9．首次同時(shí)采用改進(jìn)算法的BP網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)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(cè)精度且BP網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)精度略高于RBF網(wǎng)絡(luò)，但BP網(wǎng)絡(luò)比較費(fèi)時(shí)，所需時(shí)間約為RBF網(wǎng)絡(luò)的2倍。 10．比較了流場(chǎng)計(jì)算法、水力損失法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)測(cè)精度，比較結(jié)果表明流場(chǎng)計(jì)算法的預(yù)測(cè)精度最高、水力損失法次之，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)水力損失法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在進(jìn)行性