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转速变化对离心泵性能影响的数值模拟研究及调速调节节能分析

马鹏飞  
【摘要】:在工程实际中,离心泵变工况运转非常常见,而在离心泵调节工况的诸多方法中,调速调节的节能优势是非常明显的。这就需要我们研究当离心泵转速变化时,其内部流场和性能参数的变化情况,以完善现有的半经验理论,更好指导实际生产。同时,对于一些大功率离心泵,由于实验室容量、驱动原动机功率等各种条件的限制,不能按规定转速进行全速性能试验,只能采用降速试验,然后再通过比例定律将降速测量参数换算为规定转速的参数,这时,比例定律的准确与否将起着至关重要的作用,所以有必要对比例定律进行验证,以确定其准确性和适用范围,为实际的应用提供参考。 为此,本文选用实际中使用广泛的单级双吸离心泵为研究对象,通过数值模拟的方法,对其8个不同转速所对应的5组相似工况下的内部流场及外特性进行了对比研究,并计算了离心泵调速调节的节能效果。本文主要的研究成果如下: 1.建立了双吸离心泵的三维模型,并进行了网格划分,将画好网格的模型导进Fluent软件中,对其进行了全流道三维数值模拟。 2.对模拟结果进行了后处理,得到了压水室和叶片正面、背面的压力和速度分布云图,通过对比压力云图发现,在相似工况点上,离心泵压水室、叶片正面和背面的压力分布非常相似,近乎完全相同,说明本文所研究的泵在相似工况下内部流场可以实现动力相似,同时也说明本文的流场计算是基本正确的;通过对比速度云图发现, 0.7n、0.9n、1n、1.1n、1.2n、1.3n下的相似工况点上压水室内的速度分布近乎完全相同,而在0.6n、0.8n下的相似工况点上,压水室内的速度分布在扩散管处和另外6个相似工况点略有不同,叶片正面和背面的速度分布则规律非常相似。总体来看,速度分布在叶片上和压水室内的变化规律还是高度相似的,说明各相似工况点上的流动可以满足运动相似。 3.通过数值模拟的结果预测了泵在不同转速下的性能参数,然后和比例定律的计算结果进行了比较,发现在0.6n~1.3n的转速变化范围以内,比例定律能较好的预测泵的性能参数随转速的变化情况,对本文所选的5组相似工况点,比例定律计算误差大多在1%以内,可以满足实际需要。 4.分析了调速调节的节能原理和影响调速调节节能效果的因素,并计算了泵在特定管网下的节能效果。通过计算发现,使用调速调节具有良好的节能效果,随着调节量的增加,调速调节的节能效果也越明显,当在低流量下运行时,节能率可达74.58%。


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