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《浙江大学》 2007年 硕士论文
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低比转数离心泵内流模拟和结构优化

陈炜  
【摘要】: 针对低比转数卫生型离心泵等特殊用途离心泵基于经验和特殊结构需要的设计难以达到最佳效果的问题,本文以低比转数离心泵为对象研究内流场数值模拟和结构优化方法,以一台低比转数卫生型离心泵为实例,进行内流场的数值模拟和优化分析。利用计算流体力学(CFD)技术对研究对象在多种工况下的内部流动状态进行模拟,基于流动分析对多种结构参数下的水力性能进行预测,基于神经网络方法进行水力尺寸的优化设计,通过试验研究的手段验证数值模拟和优化的结果。 介绍了离心泵内部流动数值模拟的基本理论和方法,详细阐述了在通用CFD分析软件环境下的叶片造型、网格生成、边界条件、壁面条件等实用技术和设置方法;介绍了离心泵内部流动的详细计算过程和方法,以及基于内流数值模拟的外特性预测方法。 针对卫生型离心泵实例在全工况下的内部流动进行了全流场数值模拟,给出了各过流部件的内流场结构,分析了从小流量到大流量工况下的流场变化和外特性曲线,将全工况下的外特性结果与模型试验数据进行了比较分析,两者能较好吻合,验证了数值模拟的合理性。 在基本模型分析的基础上,研究了影响低比转数离心泵水力性能的关键参数,并针对不同结构参数和水力参数进行内部流动数值模拟和水力性能预测,对关键参数对性能的影响进行了量化的比较分析。在此基础上,通过基于神经网络的优化设计方法,对关键结构参数进行优化设计,给出了优化过程和实例。 给出了试验验证方法、试验测试与分析程序,并完成了试验系统的调试,为进一步开展试验研究打下了基础。 本文给出低比转数离心泵内流场模拟、性能预测、优化设计以及试验验证方法,为特殊用途低比转数离心泵的设计与性能提高提供一个有效的思路,同时丰富了卫生型离心泵的理论研究结果,具有理论意义和直接的工程应用价值。


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