收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

双流道泵内非定常三维湍流数值模拟及PIV测试

赵斌娟  
【摘要】: 随着社会进步和科技发展,人们对泵的高效率、稳定性和低噪声等方面提出了更苛刻的要求。鉴于计算机技术的飞速发展和CFD方法的日趋成熟,CFD将在叶轮机械设计和研究领域中扮演更重要的角色。本文的工作主要围绕数值模拟程序的建立、双流道泵内非定常三维湍流的数值模拟、利用先进的PIV技术研究双流道泵叶轮内部的复杂流动而展开。主要工作及创造性成果如下: 1.发展了一套基于微分方程法生成三维结构化贴体网格的程序。所用微分方程为Poisson方程,并采用Thompson和Sorenson的思想,以指数函数作内插传递、根据网格正交性和间距的要求构造源函数P,Q,R。用该程序生成的双流道泵叶轮和蜗壳网格,品质良好,能够满足双流道泵内流计算精度的要求,且网格疏密度可人为控制,网格线与边界线正交,便于湍流壁面条件的引入。该网格生成程序经改进也可用于其他非规则几何形状流道网格的自动生成。 2.开发了一套基于求解Reynolds时均化的Navier-Stokes方程组的、可用于层流或湍流、可压缩或不可压缩、旋转或非旋转三维流动的数值计算程序,并在Visual FORTRAN平台上开发了该程序的用户操作界面。在其中应用了基于同位网格系统的SIMPLE算法,并利用Rhie和Chow提出的动量插值法消除同位网格上可能出现的波形压力场。对于湍流时均流场的数值模拟,程序中包括标准κ-ε两方程模型以及考虑旋转与曲率修正的κ-ε模型。用该程序依次计算了90°弯管、双流道泵叶轮和蜗壳内的流动,并与FLUENT计算结果对比研究,表明所开发的程序具有较高的可靠性、流场模拟的准确性以及处理各类问题的灵活性。 3.利用FLUENT软件对双流道泵全流道内非定常三维湍流进行了数值模拟,从不同层面较全面地揭示了双流道泵全流道内的绝对速度、相对速度、静压、总压、湍动能和固相体积浓度分布规律;分析了双流道泵全流道内固-液两相流场随颗粒直径和颗粒体积浓度的变化规律;揭示了双流道泵内受叶轮-蜗壳动静干涉引起的非定常流动特性。主要结论有: (1)同一工况下,叶轮流道内不同截面上速度分布不同,靠近前盖板侧的截面受叶轮进口有旋流动影响大,流动相对紊乱,叶轮出口边上速度分布最不均,靠近后盖板侧的截面受叶轮进口有旋流动影响小,流动相对规律,叶轮出口边上速度分布最为均匀。 (2)不同流量工况下,双流道泵内速度场和压力场分布规律类似,但是,随着流量的增加叶轮流道内相对速度增大、绝对速度减小,流道进出口总压差逐渐降低。设计工况下,双流道泵的内部流态最好。 (3)固-液两相流场中,固相体积浓度分布不均。叶轮进口处颗粒分布还比较均匀,随着流动的发展,颗粒在向外运动的同时,严重偏向叶轮工作面和后盖板,进入蜗壳流道后,少部分颗粒能直接从蜗壳出口流出,大部分颗粒撞击蜗壳壁面,留在蜗壳内转动数圈才能流出。颗粒浓度变化对固相的离析作用影响相对不大,但是,颗粒体积浓度较小时,颗粒有向流道吸力面迁移的趋势。颗粒直径变化对固相的离析作用影响较大,粒径越大,流道内颗粒分布越不均匀,固相的离析作用越明显。在本文所研究的粒径和浓度范围内,双流道泵的扬程随颗粒浓度的增加而减小,粒径变化对扬程的影响不明显。 (4)考虑叶轮和蜗壳的动静干涉作用,不同时刻双流道泵的内部流动呈现不同特点。当叶道旋转至靠近蜗壳出口侧时,速度和压力分布规律性强;当叶道旋转至远离蜗壳出口侧时,流体流动受阻,叶轮出口明显有回流。随着叶道相对隔舌位置的不同,蜗壳内静压和总压分布呈周期性变化,每个叶片的尾部在蜗壳内的总压分布图上留下了明显的尾迹区。 4.构建了离心泵专用PW测试台,设计制作了满足PIV测试要求的模型泵,模型泵的叶轮有双流道和双叶片两种形式。首次用PIV技术对设计工况与非设计工况下双流道叶轮及双叶片叶轮的内部流动分别进行了测量,并自编程序对测量得到的绝对速度场进行处理,得到相对速度分布。结果表明:与双叶片叶轮相比,双流道叶轮流道内脱流-旋涡区的范围较小,流态更好;PIV测试结果与自编程序和FLUENT软件数值模拟结果基本一致。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张小兵;袁亚雄;陈健;杨均匀;;等离子体点传火过程两相流数值模拟[J];火炮发射与控制学报;2002年04期
2 翁春生,袁亚雄,邹瑞荣,金志明;一种新型点火管的两相流数学模型及其数值分析[J];兵工学报;1993年03期
3 梁晓燕;王绪论;;气泡雾化喷嘴内部及出口下游的数值模拟[J];锅炉制造;2008年05期
4 姚睿;秦武;刘京丹;李志鹏;;渣浆泵流体动力与机械组合密封的设计与数值模拟[J];企业技术开发;2010年07期
5 李勇;余锡平;;基于两相紊流模型的航道悬移质泥沙运动数值模拟[J];水运工程;2007年12期
6 黄锐;庞志忠;赵于;;流体对水轮机喷嘴控制室腐蚀影响的数值模拟[J];装备环境工程;2009年02期
7 宋亚飞;高峰;曾华;文科;;射流推力矢量喷管中粒子运动轨迹的数值模拟[J];火箭推进;2011年02期
8 焦波;邱利民;张学军;甘智华;李炜征;;应用于超导磁体冷却的新型低温传热元件[J];低温物理学报;2005年S1期
9 李丽君;赵玉桥;;预分解窑系统的数值模拟[J];湖北工业大学学报;2008年03期
10 李易松;魏建峰;;小粒径固液两相流在旋流泵内运动的数值模拟[J];流体机械;2010年07期
11 宋兴飞;姜信辉;别如山;;带加速段的卧式旋风分离器的数值模拟及工业应用[J];工业锅炉;2010年04期
12 王育维 ,魏建国 ,郭映华 ,王升晨;模块装药压力波数值模拟[J];火炮发射与控制学报;2000年04期
13 刘静;徐旭;;超声速横向气流中喷雾的数值模拟[J];火箭推进;2006年05期
14 何平;胡丹梅;陈乃超;;海上风力机的数值模拟[J];可再生能源;2010年04期
15 宋亚飞;高峰;曾华;文科;;射流推力矢量喷管粒子沉积特性数值模拟[J];弹箭与制导学报;2011年04期
16 冀春俊;任建新;;燃气轮机回流式燃烧室内两相流动数值模拟及分析[J];热科学与技术;2008年04期
17 陈立新;颜璟桢;;螺旋翅片管省煤器抗磨性能的研究[J];节能技术;2007年05期
18 吴晓敏;熊永;王维城;Kouichi Tanimoto;;扁平多分支管内两相流流量分配的数值模拟[J];工程热物理学报;2008年05期
19 叶桃红;洪家荣;陈义良;;涡喷加力燃烧室湍流两相燃烧数值模拟[J];中国科学技术大学学报;2009年03期
20 张宏博;秦国彤;纪任山;王乃继;;煤粉燃烧过程的数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范明秀;田茂诚;张冠敏;;气—粉两相流中浓度测量元件的阻力特性模拟[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
2 刘凯礼;张堃元;;攻角动态变化的二元高超声速进气道气动特性研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 李丽君;赵玉桥;;预分解窑系统的数值模拟[A];湖北省机械工程学会设计与传动学会、武汉机械设计与传动学会2008年学术年会论文集(2)[C];2008年
4 张涵信;袁先旭;谢昱飞;叶友达;庄逢甘;;关于非定常动稳定性的数值模拟和物理分析研究[A];第四届《海峡两岸计算流体力学学术研讨会》论文集[C];2003年
5 张玉东;纪楚群;;子母弹分离非定常气动特性数值模拟[A];近代空气动力学研讨会论文集[C];2005年
6 周平;吴承伟;;多孔电极中的气水两相微观渗流[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 徐文亮;冯研卉;姜泽毅;杨立新;张欣欣;徐列;于振东;邵丰;;挡板除尘器内气固两相流数值模拟[A];2004全国能源与热工学术年会论文集(2)[C];2004年
8 武生智;刘晓军;;复杂边界条件下气固两相流的数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
9 郭仁宁;王若旭;陈扬;;磨料水射流喷嘴的流场数值模拟[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
10 潘沙;丁国昊;王文龙;刘枫;李桦;;一维激波管问题差分格式计算对比分析[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵斌娟;双流道泵内非定常三维湍流数值模拟及PIV测试[D];江苏大学;2007年
2 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
3 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
4 严春吉;液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟[D];大连海事大学;2005年
5 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
6 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
7 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
8 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年
9 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年
10 周素云;激光等离子体中有着自生磁场的密度通道的分析研究[D];南昌大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩永亮;某旋转固体火箭发动机尾部点火问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 陈钰;旋风预热器单体的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2006年
3 罗明宇;脉冲爆震发动机汽油空气混合技术研究[D];南京理工大学;2009年
4 杨荣清;高梯度磁场中磁性可吸入颗粒物动力学特性研究[D];东南大学;2006年
5 李永胜;提高高炉煤气重力除尘器除尘率的方法[D];辽宁科技大学;2006年
6 聂文平;涡轮式超细分级机分级流场的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2004年
7 刘小宙;压缩机油气旋风分离器的研究[D];南京理工大学;2005年
8 郑福玉;凸包型仿生表面设计及水砂磨损行为[D];吉林大学;2006年
9 谢明亮;离心风机叶轮内两相流数值模拟与粘灰机理分析[D];武汉科技大学;2004年
10 王未凡;机械通风式横流冷却塔的数值模拟[D];山东大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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 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
4 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
5 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
6 杨雄飞;炼钢与环境技术的研究方法[N];世界金属导报;2007年
7 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
8 付冰赵辉;油藏数值模拟技术成为“常规武器”[N];中国石油报;2007年
9 ;堤基管涌机理和防治关键问题研究为堤防提供科学参考[N];中国水利报;2008年
10 记者 张文;每车一年节水5000升[N];西安日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978