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带分流叶片离心泵的逆向开发及内部流动数值模拟分析

江杰  
【摘要】: 低比转速离心泵在国民经济各个领域都有广泛的应用,但其存在着效率低,扬程曲线易出现驼峰,大流量工况易过载等问题。在两相邻长叶片之间添置分流叶片是解决这些问题最有效的方法之一。但是,带分流叶片离心泵的内部流动非常复杂,其规律尚未被完全掌握。此外,系统成熟的带分流叶片叶轮设计方法至今尚未形成,传统设计需要设计者丰富的经验,开发周期长,成本高,因此很难适应激烈的市场竞争。 针对这些问题,本文采用逆向工程技术,计算流体动力学(CFD)数值模拟和试验相结合的方法,以设计优良的带分流叶片叶轮为基础,探索离心泵快速开发方法,研究带分流叶片离心泵的流场分布及分流叶片对低比速离心泵对性能的影响规律。本课题丰富了带分流叶片离心泵理论研究结果,同时对其改进优化设计和快速开发,提供了一个有效的思路,具有理论意义和直接的工程应用价值。主要研究内容与成果如下: 在逆向工程思想指导下,利用ATOS流动式光学扫描仪对某品牌IS80-50-200型设计优良的带分流叶片离心泵叶轮进行数据测量,测量的点云导入CATIA精确的完成逆向设计。在逆向设计过程中,分析研究了涉及的数据测量,点云预处理及模型重构的方法,总结了叶轮类零件逆向设计的一些技巧方法。然后根据逆向重构的带分流叶片叶轮,创建叶轮流道模型,并设计了一个与之相匹配的螺旋形涡壳。两者组成整机流道三维模型。 采用CFD软件Fluent对十种不同流量工况进行全流场的数值模拟。详细分析了额定工况下速度场和压力场,对比分析了三种不同流量工况下泵内部流动特性。在此过程中,初步揭示了分流叶片对低比速离心泵内部流动的影响情况以及带分流叶片离心泵的流场分布规律。结果表明,整体上流场分布情况跟理论分析一致,额定工况流场分布均匀,分流叶片显著提高了低比速离心泵的性能。但也出现了一些流动不稳定现象,如叶轮进口的负压,隔舌处的冲击现象等,对此提出了一些改进措施。此外,还预测了泵的外特性,并与试验特性曲线进行了对比分析,结果表明,模拟计算和试验结果总体趋势基本吻合,验证了计算结果的可靠性与设计方法的可行性。但也存在一定的误差,对此分析了产生误差的原因。


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