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《上海交通大学》 2008年
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轴流泵内流场的数值模拟与PIV实验研究

黄欢明  
【摘要】: 轴流泵作为叶轮机械的一种,具有低扬程、大流量的特点,在国民经济各部门中占有非常重要的地位,随着国民经济和国防事业的迅速发展,对轴流泵的性能要求越来越高;然而轴流泵叶轮内流场十分复杂,各种三维复杂流动对轴流泵的工作效率和运行稳定性有很大影响。因此,对轴流泵内流场进行深入研究,进一步探索其内部的流动机理,丰富对内流场复杂流动现象的认识,为掌握轴流泵水动力性能及优化,积累关键的实验数据和提供重要的理论依据,对改善轴流泵叶轮乃至泵装置的性能提供有效的方法。 实验测量和数值模拟是研究叶轮机械内部流场的基本方法。随着科学技术的发展,各类先进的测量技术的不断出现,如粒子图像测速仪,为实验研究提供了新的测量工具;同时计算机性能的飞速提高和计算流体力学技术的日趋完善,基于求解三维粘性Navier-Stokes方程的数值模拟方法为叶轮机械内部流场的研究提供了强大的手段。本文通过实验测量和数值模拟相结合的方法来研究轴流泵叶轮内流场区域的流动。 本文的主要工作如下: 1根据国家标准《水泵模型验收试验规程》SL140-97中的方法进行轴流泵性能实验,获得轴流泵的性能曲线,数据上和预期设计相符合。 2将粒子图像测速仪PIV系统应用于轴流泵旋转叶轮内部流场的测量,通过实践解决了激光测量旋转叶轮流场中存在的一些关键和特殊问题,如测量标定,测量位置相对于旋转叶轮的周向定位,示踪粒子的选择和添加等。PIV实验成功获得叶轮进口、出口以及不同叶高区域的二维速度场,观察得到了叶片尾缘边的分离流动和叶根位置的回流和漩涡的结构。分析了PIV实验的光学误差。 3基于Navier-Stokes方程组和标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法对轴流泵叶轮内流场进行数值模拟。计算得到泵的性能曲线与性能实验的结果比较吻合;将计算得到进口、出口以及不同叶高区域的二维速度场和PIV测量结果进行了比较,两者能较好的符合,证明了数值计算的有效性和准确性,并分析了叶轮90%叶高和出口在不同流量工况下的流动结构及造成效率降低的原因。 4分析了轴流泵叶轮内流场的压力和速度的分布规律。由压力系数在不同叶高沿叶片表面的分布,得到叶型的做功能力是沿径向增加的。分析了通道涡的在流道中的形成和发展,认为压力面和吸力面的压力差是通道二次流动的主要动力。分析了在50%叶顶弦长处间隙的轴面位置的间隙流动结构,得到间隙的流动有一个分离向上然后再附着的趋势。分析了不同流量工况下汽泡相体积分数的分布,认为随着流量增大,汽蚀现象加剧,在进口和出口附近的低压区容易出现汽化;而在叶顶间隙区域,叶顶间隙流动产生的低压区也导致汽蚀现象。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TH312

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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1 魏润杰,申功炘;近距离DPIV粒子成像分析[J];北京航空航天大学学报;2001年06期
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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4 牛中国;蒋甲利;李周复;;扇翼飞机二维机翼数值模拟分析研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
5 林祥;尹宝树;杨德周;;波浪在波流相互作用中对底应力及流速的影响研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
6 陈可锋;季小强;李鑫;;海平面上升对江苏沿海潮波影响研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
7 杨欣;程文;川端信义;;公路隧道火灾热气流运动规律的研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第四卷)[C];2009年
8 裴文兵;;激光驱动惯性约束聚变数值模拟研究进展及其相关的原子物理过程[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
9 张东明;;不可压混合层中一种增强混合的新方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
10 金晓林;;电子回旋共振放电的数值模拟[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
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1 通讯员 朱江 冯明农;风能项目组研讨数值模拟产品共享[N];中国气象报;2010年
2 本报记者 赵亚辉;探寻“大气”的奥秘[N];人民日报;2005年
3 记者 段丽茜;石家庄热电脱硫环保治理工程开工[N];河北日报;2006年
4 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年
5 赵婷;全球第二所“UL制冷与空调性能实验室”落户苏州[N];中国国门时报;2007年
6 王惜纯;UL制冷与空调性能实验室落户苏州[N];中国质量报;2007年
7 向杰 实习生:孙馨;在计算机上模拟大气和海洋运动[N];科技日报;2005年
8 张明平;江苏大学轴流泵模型用于南水北调东线源头泵站[N];科技日报;2008年
9 本报记者 吴楠 通讯员 许家帅;数值模拟预测工程效果指导工程建设[N];中国交通报;2008年
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2 孙喜新;济阳坳陷馆陶组构造特征及成藏模式研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2005年
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4 何志伟;复合期权与路径相关期权定价理论模型、数值模拟及应用研究[D];华中科技大学;2005年
5 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2006年
6 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年
7 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
8 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年
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1 黄欢明;轴流泵内流场的数值模拟与PIV实验研究[D];上海交通大学;2008年
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3 刘朝霞;湍流撞击流数值模拟与实验研究[D];华中科技大学;2007年
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5 张静;Laval喷管内高速混合气的流动特性研究与仿真分析[D];中南大学;2005年
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9 张渤涛;复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究[D];山东大学;2005年
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