離心泵啟動(dòng)過程的瞬態(tài)內(nèi)流和外特性.pdf

1、離心泵通常主要在穩(wěn)定工況下運(yùn)行，其工作轉(zhuǎn)速、工況等基本不變或者變化非常緩慢，因此對(duì)離心泵的研究主要集中在穩(wěn)定工況下進(jìn)行。隨著離心泵應(yīng)用領(lǐng)域的拓展以及系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，離心泵也會(huì)在非穩(wěn)定工況下運(yùn)行，如啟動(dòng)、停機(jī)和轉(zhuǎn)速變化等瞬態(tài)工況，離心泵在非穩(wěn)定工況運(yùn)行的水力性能日益受到重視，因此非常有必要開展離心泵在瞬態(tài)工況下的性能研究。
　　本論文以在瞬態(tài)工況下運(yùn)行的離心泵為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)啟動(dòng)過程中的水力性能進(jìn)行了較為詳細(xì)和深入的系統(tǒng)研究，

2、獲得了當(dāng)輸送介質(zhì)中含有固體顆粒時(shí)的離心泵瞬態(tài)啟動(dòng)特性。論文首先根據(jù)動(dòng)量矩定理提出了一種描述不可壓縮流體機(jī)械瞬態(tài)操作條件下性能的廣義歐拉方程式，借助于該方程式開展離心泵在各類瞬態(tài)操作條件下附加理論揚(yáng)程的定量計(jì)算;其次，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格方法進(jìn)行了離心泵啟動(dòng)過程的數(shù)值仿真計(jì)算研究，建立了基于數(shù)值模擬的離心泵瞬態(tài)性能研究方法;再次，開展了離心泵啟動(dòng)過程的外特性實(shí)驗(yàn)測試研究，借助于無量綱分析方法揭示了離心泵啟動(dòng)過程的瞬態(tài)特性;最后，采用數(shù)值模擬方法開展

3、了離心泵輸送介質(zhì)中含固體顆粒時(shí)的啟動(dòng)過程流動(dòng)計(jì)算，獲得了其瞬態(tài)特性。
　　論文的主要研究工作如下:
　　1.從動(dòng)量矩定理和水力機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)理論出發(fā)，推導(dǎo)了一種描述不可壓縮流體機(jī)械瞬態(tài)操作過程性能的廣義歐拉方程式。該方程式可較全面地反映了整個(gè)葉片厚度變化和葉片型線變化對(duì)附加理論揚(yáng)程的影響，并可被用于泵、風(fēng)機(jī)、透平等不可壓縮流體機(jī)械在各類瞬態(tài)操作過程中的附加理論揚(yáng)程（或壓頭、壓升）的定量預(yù)測。
　　2.運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格方法開展了

4、離心泵輸送清水介質(zhì)時(shí)的快速啟動(dòng)過程的數(shù)值模擬研究，建立了基于數(shù)值模擬的離心泵瞬態(tài)操作過程的研究方法。論文研究工作中，建立了一個(gè)包含離心泵模型在內(nèi)的循環(huán)管路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中設(shè)置了定壓點(diǎn)，數(shù)值模擬中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。通過數(shù)值計(jì)算獲得了啟動(dòng)過程中的許多特性，包括外特性的變化和內(nèi)部流場的演化特性。進(jìn)口壓力呈現(xiàn)先降后升特性，流量在啟動(dòng)初期上升較為緩慢。無量綱流量在初始階段快速上升至穩(wěn)定值;無量綱揚(yáng)程在啟動(dòng)初始階段存在極大值，隨后迅速下降低于準(zhǔn)穩(wěn)

5、態(tài)值，而后又不斷上升接近于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)值。
　　3.在所搭建的離心泵瞬態(tài)性能測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)三種典型葉輪結(jié)構(gòu)（普通閉式葉輪、復(fù)合葉輪和開式葉輪）的離心泵進(jìn)行了清水介質(zhì)的啟動(dòng)過程實(shí)驗(yàn)測試研究。通過實(shí)驗(yàn)獲得了啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程和軸功率隨時(shí)間的變化結(jié)果，分析了各個(gè)物理量的變化特性。啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速上升規(guī)律基本穩(wěn)定，不依賴于啟動(dòng)后穩(wěn)定工況點(diǎn)的變化而變化;流量在啟動(dòng)初期上升較為緩慢，延遲于轉(zhuǎn)速而上升到穩(wěn)定值，并且隨閥門開度的增加延遲變得更為

6、嚴(yán)重;在啟動(dòng)過程中普遍存在壓力沖擊和軸功率沖擊現(xiàn)象。
　　4.首先采用基于歐拉-歐拉方法的多相流模型，對(duì)固液兩相流中固相屬性對(duì)水力輸送性能的影響以及泵流道內(nèi)固體顆粒的分布進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究，分析了內(nèi)部流場的變化特性。在離心泵啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的轉(zhuǎn)速與流量測試結(jié)果基礎(chǔ)上，編寫用戶自定義函數(shù)施加到泵葉輪上和進(jìn)口處充當(dāng)計(jì)算邊界條件，采用動(dòng)網(wǎng)格方法開展了離心泵輸送介質(zhì)中含固體顆粒時(shí)的啟動(dòng)計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸送介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，啟動(dòng)過程所表現(xiàn)出的性