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《中国农业大学》 2005年
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轴流泵CAD-CFD综合特性研究

王海松  
【摘要】:轴流泵是一种量大面广的水泵产品,在大型调水工程、灌溉工程及城镇给排水工程中应用广泛,也常被用作船舶和两栖车辆的推进器,因此,对其效率等性能指标进行深入研究显得尤为重要。本文针对目前轴流泵设计和分析过程中存在的主要问题,建立了完整的计算机辅助设计(CAD)系统,并通过计算流体动力学(CFD)手段,建立了分析和预测轴流泵内部流场及外特性的基本方法。应用实践表明,所提出的轴流泵CAD-CFD系统可快速、高效地完成主要过流部件的2D水力设计、3D实体造型,并可根据CFD分析结果快速判断CAD的设计质量,从而开发出高性能的水泵产品。本文的主要研究内容和取得的主要成果包括: 采用在CAD中的具有突出优势的面向对象技术,提出了将水力设计中内部数据和方法、外部图形表示及人机交互完整封装的新策略,给出了具体的CAD系统结构图及实施方案。在此基础上,研究了基于特征的自动和半自动建模方法,重点研究了参数化驱动、特征描述法和自定义特征法的特点并综合运用,给出了叶片和其他部件的建模实例以及核心代码,填补了轴流泵三维建模的空白,也为其他流体机械的建模提供了参考。 采用多种计算模式对轴流泵流场进行不同方案的数值计算。研究表明:(1)单通道方案具有简单快速的特点,而全流道计算虽然计算量大,但是预测结果更接近实验值;(2)计算区域的进口采用均匀速度进口、位置选为泵的进口是合适的;(3)计算区域的出口条件采用充分发展流,位置相对泵的出口延伸约叶轮直径的10%时,可取得最佳的计算结果;(4)局部加密对轴流泵的计算精度有比较重要的影响,在网格总节点数基本保持不变的前提下,对叶片附近进行细密的网格划分,可明显提高计算精度。文中选择了一低扬程轴流泵作为实例,预测了泵的内部流场特性及其外性能,并将外特性和实验值进行了对比,在采用全流道方案、近叶片区局部加密的前提下,采用约20万混合节点的网格模型时,扬程预测值相对实验值的误差的绝对值在4.5%以内,功率误差约为3.1%,总效率误差约为4.1%。研究还发现,叶片正面和背面的速度、压力分布有着明显的规律,背面的低压区和汽蚀区域相吻合;由于径向间隙的存在,叶片正面靠近轮缘处形成了狭长的带状低压区,叶片轮缘面的速度分布清楚的显示了间隙处的回流。 文中还对轴流泵设计有重要影响的流型进行了全面的分析和研究,指出现有等环量流型存在的不足,提出了改进流型设计:轴面速度在进口边前直线下降、出口边后呈抛物线分布、环量的分布规律由设计人员给定。与常规流型对比,改进流型设计更真实的反应了泵内的实际流动情况,改善了叶片的扭曲,提高了效率。 本文所取得的研究成果对于改善轴流泵设计手段、提高设计水平、改进泵的水力性能有重要的指导意义,具有广泛的工程应用前景。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH312

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【引证文献】
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2 杨春信;周建辉;鲁俊勇;;小型轴流CPU风扇设计与数值模拟[J];电子器件;2007年05期
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8 袁寿其;刘厚林;;泵类流体机械研究进展与展望[J];排灌机械;2007年06期
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3 马文生;原型水轮机全流道计算及计算精度分析[D];中国农业大学;2005年
4 熊茂涛;含沙水流中离心式水泵过流部件泥沙磨损的数值模拟[D];西华大学;2006年
5 张炜;潜水式轴流泵内部流场计算、分析与性能预测[D];兰州理工大学;2006年
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7 马静先;轴流泵叶顶间隙对内部流场及性能影响的数值分析[D];兰州理工大学;2007年
8 王广义;锥形螺旋叶轮血泵流场数值计算与分析[D];燕山大学;2007年
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10 朱亮;叶片厚度变化对轴流泵性能的影响[D];扬州大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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10 Wei Shyy;;Multiphase fluid dynamics and transport processes of low capillary number cavitating flows[J];Acta Mechanica Sinica;2009年02期
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1 于洪英;潘志远;姜彦;;涡流高效防砂分离器研制与应用[A];2011年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2011年
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8 张强;李国威;田莹;;水煤浆离心泵的CFD数值模拟[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
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10 沈江;徐晓初;王晓芳;;基于DS系列卧式多级离心泵的介绍及应用[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年
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3 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 黄燕;碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究[D];中国海洋大学;2010年
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7 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
8 朱小林;胶粘物盘式热分散机理与能耗建模研究[D];华南理工大学;2010年
9 胡军强;气动—柴油混合动力发动机工作过程研究[D];浙江大学;2009年
10 倪建军;气流床气化炉及其辐射废锅内的多相流动、传热与熔渣行为研究[D];华东理工大学;2011年
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1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年
2 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年
3 王发辉;基于FLUENT的干法磁分离机理的数值模拟[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
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1 尹万建;杨绍普;申永军;郭京波;;空气弹簧悬架的振动模型和刚度特性研究[J];北京交通大学学报;2006年01期
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1 李永乐;离心式心脏泵流场数值计算与分析[D];兰州理工大学;2011年
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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2 实习生 陈轶琦 刘谢莹 本报记者 杨新明;水利改造亟待武装“低碳泵”[N];南通日报;2010年
3 张士杰;东线工程泵组选型的几个特殊问题 (上)[N];中国水利报;2003年
4 马祥存;选购农用水泵“原则”问题不能丢[N];湖南科技报;2007年
5 张明平姜木金;江大四个水泵模型用于南水北调工程[N];镇江日报;2008年
6 张士杰;东线工程泵组选型的几个特殊问题(中)[N];中国水利报;2003年
7 成吉昌;专家争议:进口,还是国产?[N];中国工业报;2003年
8 白云涛 王若群;太化集团水厂今年处理污水超1450万吨[N];山西经济日报;2009年
9 白云涛 王若群;太化集团水厂处理污水超1450万吨[N];太原日报;2009年
10 马凤;江苏亚太推出移动式液压泵站[N];中国工业报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王海松;轴流泵CAD-CFD综合特性研究[D];中国农业大学;2005年
2 杨昌明;轴流泵间隙流动数值模拟与试验研究[D];西南交通大学;2003年
3 杨敬江;轴流泵水力模型设计方法与数值模拟研究[D];江苏大学;2008年
4 汤方平;喷水推进轴流泵设计及紊流数值分析[D];上海交通大学;2007年
5 占梁梁;水力机械空化数值计算与试验研究[D];华中科技大学;2008年
6 马维国;左心辅助途径的比较研究及新型轴流泵的初步流体力学测试[D];中国协和医科大学;2001年
7 李忠;轴流泵内部空化流动的研究[D];江苏大学;2011年
8 彭玉成;三峡电站左岸6号机组小开度工况异常振动研究[D];华中科技大学;2007年
9 李京倖;自制小型离心型心室辅助泵的体外,体内实验新的左心辅助插管途径和左心辅助的临床应用[D];中国协和医科大学;1999年
10 梁金栋;低扬程立式泵装置优化水力设计研究[D];扬州大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李文全;轴流泵叶片动力特性预测模型研究[D];西华大学;2012年
2 李雪明;蒸发循环轴流泵内部流动研究[D];西华大学;2010年
3 李冬平;原油输送轴流泵的设计与数值分析[D];大连理工大学;2011年
4 汪玮华;轴流泵水力模型内部流场数值模拟及性能分析[D];兰州理工大学;2012年
5 钟洋洋;轴流泵流场数值模拟与涡提取研究[D];华中科技大学;2012年
6 刘涛;轴流泵振源的特性分析与识别技术研究[D];华中科技大学;2012年
7 孟庆峰;高比转速轴流泵水力优化设计[D];扬州大学;2012年
8 齐学军;基于流—固耦合的轴流泵叶轮性能预测[D];西华大学;2010年
9 傅健;喷水推进串列式轴流泵水力性能的探索与研究[D];中国舰船研究院(上海船舶及海洋工程研究所);2004年
10 周睿;可调前置导叶对轴流泵性能的影响[D];扬州大学;2012年
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