深井離心泵導葉的數(shù)值模擬與優(yōu)化設計.pdf

1、深井離心泵是抽取地下水的主要設備,在農(nóng)田灌溉、給水排水工程等領域有著非常廣泛的應用。隨著全球淡水資源日益匱乏,我國局部干旱逐年加劇,地下水水位逐漸降低,廣大用戶對深井泵的需求越來越大,對深井泵性能的要求也越來越高。如何進一步提高深井離心泵的性能,降低能耗,已成為相關學者的研究重點。
　　 有資料表明,導葉內(nèi)的水力損失約占泵內(nèi)水力損失的40％～50％。在深井離心泵的設計中,導葉的設計也不容忽視。本文結合國家“863計劃”項目“變量

2、噴灑低能耗輕小型灌溉機組”中關于研發(fā)新型節(jié)能節(jié)材深井離心泵的要求,對深井離心泵的導葉進行研究,對導葉的內(nèi)部流場分布及非定常流動進行分析。
　　 本文在分析國內(nèi)外深井離心泵設計方法和試驗研究的基礎上,基于CFD技術,通過數(shù)值模擬、內(nèi)部流場分析、性能預測和試驗研究等方法,對深井離心泵導葉的設計和優(yōu)化做了一些研究,主要的研究工作及成果如下:
　　 1.簡要總結了國內(nèi)外深井離心泵的研究進展,介紹并分析了深井離心泵中常用的導葉形式

3、及其設計方法。對深井離心泵中的葉輪極大揚程設計法的研究思路做了較為詳盡的闡述。
　　 2.對導葉設計中常用到的速度矩保持性定理進行了推導和驗證。數(shù)值計算結果表明,在葉輪出口邊斜切后,速度矩沿徑向的變化規(guī)律是滿足保持性定理的,但是沿軸向的變化規(guī)律發(fā)生了改變,速度矩沿斜切方向逐漸下降。此結論為探索出適合葉輪極大揚程設計法的導葉設計思路奠定了理論基礎。
　　 3.針對采用極大揚程設計法的新型深井離心泵,對其關鍵的數(shù)值模擬設置方

4、法進行研究,分別在不同的網(wǎng)格數(shù)、不同的殘差收斂精度、不同的湍流模型、不同的流場計算方法下進行了數(shù)值模擬；并對不同級數(shù)的深井離心泵模型的數(shù)值模擬結果進行了討論；從而選擇出了適合深井離心泵的數(shù)值模擬設置方法。并通過預測結果和試驗結果的對比分析了兩者之間存在誤差的因為,證實了后續(xù)研究的可行性及準確性。
　　 4.依據(jù)速度矩沿軸向的變化規(guī)律發(fā)生了改變這一結論,設計出了進口邊扭曲的三維曲面反導葉,并按照速度矩保持性定理設計出了傳統(tǒng)的圓柱形

5、導葉,對兩種導葉的內(nèi)部流場進行了分析比較。為了量化導葉的壓力轉換性能,首次定義了導葉效率的概念。對比結果表明,三維曲面反導葉的導葉效率較高,導葉設計符合泵體內(nèi)部的流動規(guī)律。
　　 5.對采用三維曲面反導葉的深井離心泵進行了樣機的加工制造和外特性試驗,結果表明,采用三維曲面反導葉的樣機效率達到66.59％,超過了國家標準64％的規(guī)定值。試驗結果與數(shù)值計算結果的變化趨勢基本吻合,證實了采用數(shù)值模擬來預測泵性能的可行性。
　　

6、 6.利用正交試驗的方法,對流道式導葉的關鍵結構參數(shù)進行研究,采用L9(34)正交表,通過對9個導葉設計方案的數(shù)值計算進行的極差分析,得到了流道式導葉的結構參數(shù)對泵性能影響的主次順序,進而依據(jù)正交試驗結果設計出了最優(yōu)導葉水力模型,樣機試驗結果表明,裝配該導葉的深井離心泵的泵效率高達67.51％,單級揚程為13.84m,效率和揚程均明顯提高。
　　 7.對采用三維曲面反導葉的新型深井離心泵進行了整機的非定常數(shù)值計算,通過布置監(jiān)測點