基于整機紊流模擬的離心泵葉型優(yōu)化方法與實驗研究.pdf

1、葉輪是離心泵的重要元件，泵的性能在很大程度上取決于葉輪設(shè)計的優(yōu)良程度。葉輪設(shè)計包括基本外尺寸(進出口寬度、內(nèi)外半徑、葉片進出口安裝角及葉片數(shù))的確定和葉片造型設(shè)計兩部份。在蝸殼和葉輪的基本尺寸確定的情況下，葉片型線對泵的整體性能有著重要影響。 本文在對離心泵內(nèi)部流場進行全三維數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，建立了關(guān)于葉片型線優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。該模型以葉片長度最短為目標(biāo)函數(shù)，相對半徑-r=0.5處無回流為約束條件，可以快速地設(shè)計出最佳的葉片型

2、線。 本文對一有著廣泛用途的離心泵葉輪的外尺寸作換算，采用該數(shù)學(xué)模型，研究基于高次曲線的葉片型線的優(yōu)化設(shè)計問題，使用黃金分割法獲得了優(yōu)化后的葉輪C9。為了檢驗優(yōu)化模型的正確性，將葉輪C9和其余三副葉輪C1、C5、C13制作成模型，四副葉輪具有相同的外尺寸，其中C5與圓弧型葉輪的型線非常接近。在同一試驗臺上測得泵性能曲線，試驗結(jié)果表明葉輪C9的總體性能優(yōu)于其它三副葉輪的性能，證明該優(yōu)化設(shè)計模型是合理的。 對葉輪C5、C9在

3、0.5、1.0倍的設(shè)計流量工況下，運用二維PIV相位平均技術(shù)，詳細測量了葉輪在五個不同的相位處，靠近隔舌附近的葉槽內(nèi)的流場，發(fā)現(xiàn)即使在設(shè)計工況下葉輪C5內(nèi)也有回流，而葉輪C9內(nèi)沒有回流。 研究了蝸殼對稱面上第八斷面內(nèi)的速度矩隨半徑的變化規(guī)律。小流量工況下，速度矩隨半徑的增大呈先減小后增大的趨勢，最小的速度矩約在R/R2=1.2～1.4之間。在設(shè)計流量工況點，只有葉輪C13內(nèi)速度矩隨半徑的變化近似于常數(shù)，其它三副葉輪不符合速度矩守

4、恒規(guī)律。 使用三維PIV對C5葉輪的一個葉槽進行分區(qū)測量研究，獲得到了葉輪內(nèi)相對流速徑向和切向分量隨半徑的變化規(guī)律及不同半徑上的二次流分布。 針對PIV實驗數(shù)據(jù)，本文提出了基于質(zhì)量守恒方程的相對誤差分析方法。研究發(fā)現(xiàn)：對于存在較大的軸向流速的區(qū)域必須用三維PIV來測量。本文所測得的速度場具有較高的相對誤差精度，測量數(shù)據(jù)可靠。 本文將四副轉(zhuǎn)輪的全三維整場數(shù)值模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，分析了誤差存在的原因。詳細分