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《兰州理工大学》 2010年
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超低比转速高速离心泵复合式叶轮内部流动及其性能研究

胡家昕  
【摘要】: 随着石油化工、冶金电力、航空航天等工业的迅速发展,离心泵也逐步向高速和大功率方向发展,而且随着离心泵输送介质的多样化,特别是在输送易汽化介质和输送低温液化气体等应用领域的不断扩展,扬程更高、流量更低的超低比转速高速离心泵得到了广泛应用。由于传统的以一元理论和相似理论为基础建立的速度系数法和模型换算法在设计超低比转速离心泵时具有一定的局限性,受到工作环境以及泵自身性能的限制,小流量泵在效率、可靠性以及稳定性等方面都需要进一步改进。 本课题采用CFD数值模拟计算方法,对具有不同短叶片型式的GS25型超低比转速高速离心泵在设计流量与大流量、小流量等不同运行工况下进行全流场三维湍流数值模拟,对长短叶片复合式叶轮离心泵内部流动特性进行了较为深入的研究,旨在得到GS25型超低比转速高速离心泵复合式叶轮的最优设计方案,找出分流短叶片对内部流动及其性能的影响规律,本课题的主要研究内容和所做的主要工作如下: 1、基于传统的离心泵一元设计理论,结合低比转速离心泵的加大流量设计法和速度系数法,根据本课题给定的基本设计参数,完成了GS25型超低比转速高速离心泵的复合式叶轮和蜗壳的水力设计,得到GS25型超低比转速高速离心泵的初始设计方案。 2、基于数理统计和正交理论,针对影响复合式叶轮短叶片设计的叶片数、叶片径向进口的相对位置、叶片周向偏置度、偏转角四个主要因素,根据不同因素水平条件,由正交法得到四因素四水平的十六种不同短叶片型式的复合式叶轮方案,并通过对L16(44)正交方案数值模拟计算结果的极差分析得出各因素水平对扬程和效率影响的主次顺序,得出影响短叶片设计的各个因素水平对GS25型超低比速高速离心泵性能的影响趋势,从而得到长短叶片及其布置最佳匹配的复合式高速离心泵叶轮的模型方案。 3、在GS25型超低比转速高速离心泵复合式叶轮叶片的三维实体造型过程中,提出了空间柱面坐标法,将叶片翼型二维平面的水力模型转化为空间坐标点,通过调整坐标点的数值,来实现对叶片的修型,为提高过流部件内部流动CFD数值模拟精度及其性能预测的准确性奠定可靠的基础。 4、整机数值模拟计算基于连续方程和雷诺时均Navier-Stockes方程,采用标准κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法,分别对采用五长叶片的常规叶轮和正交法优化设计得到的长短各五叶片的复合式叶轮离心泵,在0.5Q、0.8Q、1.0Q 1.2Q、1.5Q等不同运行工况进行了三维湍流数值模拟研究。计算得到了两种模型方案内部流动速度场和压力场的分布特征,着重分析比较了设计工况点下,两种叶轮方案内部的压力和速度分布规律。 本课题的主要创新点如下: 1、以数理统计和正交理论为基础,提出了长短叶片复合式叶轮的优化设计方法,并得到本课题所需的长短叶片复合式叶轮的最佳组合方案。 2、提出了长、短叶片三维实体造型的空间柱面坐标法,解决了传统的平面翼型修型方法中工作量大、操作复杂、造型不够准确等问题。 由于时间、条件和本人经验不足所限,本课题做的工作有限,有很多工作目前还没有进行到位。文中给出的GS25型超低比转速高速离心泵长短叶片复合式叶轮水力模型方案,还有很大的提升空间,有待于以后继续深入研究和探讨。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH311

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 邵元忠;200米水头段混流式水轮机复合转轮水力模型方案开发研究[D];兰州理工大学;2010年
2 李颜;基于CFD的船用离心泵叶轮抗汽蚀优化设计[D];大连海事大学;2012年
3 王磊;基于CFD的中高比转速离心泵叶轮设计方法研究[D];兰州理工大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张金凤;带分流叶片离心泵全流场数值预报和设计方法研究[D];江苏大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 徐洁;低比转速离心泵复合式叶轮内部流动的数值计算[D];甘肃工业大学;2001年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 李国威;王岩;吕秀丽;李文华;;偏置分流叶片离心泵内流动机理及仿真分析[J];东北农业大学学报;2011年05期
10 王者文;施勇;范宗霖;;圆盘通孔型超低比转速离心泵的研究[J];大电机技术;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 王晶;冯涛;刘克;;涡轮流量计对管道流噪声影响的实验研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
3 谢绿武;郭亮;石海良;蒋小川;赵红艳;;正交试验法洗涤原油污染风砂土的初步研究[A];2010中国腐植酸行业低碳经济交流大会暨第九届全国绿色环保肥料(农药)新技术、新产品交流会论文集[C];2010年
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5 闫永强;梁武科;廖伟丽;;CFD技术在离心泵优化设计中的应用[A];第十八届全国水动力学研讨会文集[C];2004年
6 张金凤;袁寿其;付跃登;袁建平;;含分流叶片低比速离心泵全流场数值模拟[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
7 付跃登;袁寿其;袁建平;;带分流叶片低比转速离心泵水力设计概述[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(上册)[C];2006年
8 倪永燕;袁寿其;袁建平;潘中永;;低比转速离心泵加大流量设计优化模型[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(上册)[C];2006年
9 孔繁余;吕毅;黄建军;孙建;;变螺距诱导轮流场的数值模拟[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(上册)[C];2006年
10 赵斌娟;袁寿其;刘厚林;谈明高;;双流道泵叶轮三维块结构化贴体网格生成[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(上册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
2 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
3 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
4 左敏;Al-X(Si,Zr,Ca)-P合金中磷化物的研究[D];山东大学;2010年
5 张磊;离心风机多目标优化及旋转失速机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
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7 张翔;不锈钢冲压焊接离心泵能量转换特性与设计方法[D];江苏大学;2011年
8 朱荣生;离心泵叶轮不等扬程水力设计方法研究[D];江苏大学;2011年
9 吴波;渣浆泵固液两相三维湍流及冲蚀磨损特性研究[D];中南大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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
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4 赵瑞;高速诱导轮离心泵的数值模拟与试验研究[D];浙江理工大学;2010年
5 张荣;氨合成系统模拟与优化研究[D];郑州大学;2010年
6 文婷;沸石吸附与化学沉淀法联用处理氨氮废水研究[D];郑州大学;2010年
7 张妍;叶轮前侧盖板流固耦合动力学特性研究[D];郑州大学;2010年
8 章小松;大功率泥泵空化性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王秋阳;离心式海水泵流噪声仿真与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 吕秀丽;离心泵内部三维流场数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王长悦;李亮;;船用离心泵的汽蚀现象与解决措施[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2010年05期
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3 董如何,肖必华,方永水;正交试验设计的理论分析方法及应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
4 王宏伟,胡清娟;带半叶片的混流式水轮机转轮的流场计算[J];大电机技术;2000年03期
5 田正忠,胡清娟,李邦琦;朝阳湖水电站增效技术改造[J];大电机技术;2001年S1期
6 韩秀丽,张乐福,娄国彬,李任飞;采用三维粘性流进行长短叶片转轮水力性能分析[J];大电机技术;2003年06期
7 吕斌;葛宰林;;基于计算流体力学的离心泵汽蚀原因分析[J];大连交通大学学报;2009年03期
8 齐学义,常一乐,刘有余,敏政;超低比转速轴流式转轮叶片的计算机辅助水力设计[J];动力工程;2005年01期
9 张莉,陈汉平,徐忠;离心压缩机叶轮内部流场的准三元迭代数值分析[J];风机技术;2000年05期
10 黄建德;离心泵叶轮参数对进口回流的影响[J];工程热物理学报;1998年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯新粮;一种低比转速离心水泵叶轮的改进设计[D];天津理工大学;2010年
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9 陈飞;一种新型船用离心泵设计[D];天津大学;2005年
10 冯俊豪;混流式水轮机转轮内部流场计算研究[D];兰州理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 赵洪波;涡轮钻具涡轮叶片设计及水力性能仿真优化研究[D];中国地质大学(北京);2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 朱祖超,王乐勤;低温高速离心泵的研制与应用[J];低温工程;1998年04期
7 张莉,陈汉平,徐忠;离心压缩机叶轮内部流场的准三元迭代数值分析[J];风机技术;2000年05期
8 罗晟,蔡兆麟;变叶片数和长短叶片结构对离心叶轮内三维粘性流场的影响[J];风机技术;2000年06期
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10 薛敦松,孙志金,卢俊;用激光流速仪对低比速离心泵叶轮内流场的试验研究[J];工程热物理学报;1991年04期
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1 崔宝玲;高速诱导轮离心泵的理论分析与数值模拟[D];浙江大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐洁;低比转速离心泵复合式叶轮内部流动的数值计算[D];甘肃工业大学;2001年
2 倪永燕;低比转速离心泵复合叶轮内部流场的数值计算[D];兰州理工大学;2004年
【相似文献】
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4 闫志国;王威;;葛洲坝电厂水轮机增容改造参数选择[A];第十六次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2007年
5 郑建兴;伍志军;;溧阳抽水蓄能电站单机容量与机组台数选择[A];2008中国水力发电论文集[C];2008年
6 徐洪泉;王万鹏;;比转速选择对水电站稳定运行的影响[A];水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集[C];2007年
7 魏炳漳;;抽水蓄能机组设备选型的几个问题[A];抽水蓄能电站工程建设文集——纪念抽水蓄能专业委员会成立十周年[C];2005年
8 喻忻;刘旗;;江坪河水电站水轮机参数选择[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
9 魏炳漳;;抽水蓄能机组设备选型的几个问题[A];抽水蓄能电站工程建设文集[C];2005年
10 杨加明;朱惠君;曾镇铃;;梨园水电站水轮机参数选择[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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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 王繁泓;以特色为本 靠优势立业[N];中国化工报;2002年
5 本报记者  崔玉平;联合攻关 南水北调成套设备获五大突破[N];中国工业报;2006年
6 张震;绿色驾驶十九条“军规”[N];中国消费者报;2008年
7 宗何;南水北调工程成套设备研制项目成果丰硕[N];中国水利报;2006年
8 吴为;低扬程 多功能 大流量水泵[N];中国水利报;2003年
9 张仁田;“立式轴流泵及其装置研制”课题如期完成项目技术转让成功[N];中国水利报;2005年
10 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
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 肖若富;中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D];华中科技大学;2004年
2 倪永燕;离心泵非定常湍流场计算及流体诱导振动研究[D];江苏大学;2008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 吴登昊;高效低振动循环泵设计与试验研究[D];江苏大学;2013年
5 欧鸣雄;AP1000海水循环泵研制及其内流场特性研究[D];江苏大学;2013年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 关天乙;两类超低比转速离心泵的数值分析及优化设计[D];兰州理工大学;2014年
2 崔宗辉;叶轮流道扩散度对超低比转速离心泵性能的影响[D];兰州理工大学;2014年
3 苑连军;大型混流式水轮机参数选择研究[D];西安理工大学;2002年
4 刘洁颖;不同比转速可逆式机组特性曲线变化规律及其对过渡过程影响的研究[D];武汉大学;2005年
5 张雪宁;基于离心泵的多级液力透平的性能预测与数值模拟[D];兰州理工大学;2011年
6 张建华;叶片厚度变化规律对离心泵性能影响的研究[D];兰州理工大学;2011年
7 高敏;抽水蓄能电站水泵水轮机工作参数的选择研究[D];西北农林科技大学;2005年
8 李伟;中比转速混流式水轮机转轮内部叶道涡模拟研究[D];西华大学;2010年
9 高洁;水泵全特性曲线数值化方法对高扬程输水管道水力过渡计算的影响研究[D];长安大学;2012年
10 杨新伟;乌江构皮滩水电站水轮机稳定性问题研究[D];西安理工大学;2006年
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