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立式多级筒袋泵首级叶轮内部流动规律及水力性能研究

刘菲  
【摘要】:立式多级筒袋泵主要用于输送低温易汽化、对温度变化比较敏感的介质,因具有高汽蚀性能、高效率、可靠性好、寿命长、低噪音、占地面积小等特点,被广泛应用于诸多行业。当前,对于立式多级筒袋泵的研究主要采用理论研究和试验研究两种方法,而缺少对于立式多级筒袋泵内部流动的数值模拟分析研究。在立式多级筒袋泵中首级叶轮是其重要的水力元件,本研究中模型泵选择首级采用双吸叶轮、并在叶轮两端加设诱导轮的立式多级筒袋泵,因其能够满足现场汽蚀性能的要求,故提高泵的水力性能成为研究的首要任务。本文以立式多级筒袋泵首级叶轮为研究对象,利用数值模拟的方法,研究首级叶轮的几何参数对泵内液体的流动及水力性能的影响规律。主要研究内容和成果如下:(1)系统地分析立式多级筒袋泵数值模拟涉及的基础理论,以及建立合理有效的立式多级筒袋泵CFD数值分析模型的基本流程。主要包括立式多级筒袋泵流体域的建模,对建立的流体域进行网格划分以及对流体域进行边界条件设定等前处理过程:给出数值模拟控制方程、离散格式,选择合理的湍流模型;明确离心泵性能预测原理等后处理方法。(2)在不同流量工况下,基于CFD对300LDTN-200立式多级筒袋泵进行定常数值模拟,分析了泵内部流场流动规律,研究了300LDTN-200立式多级筒袋泵的水力性能,并对泵进行试验,通过试验数据验证了数值模拟的可靠性。(3)在不同流量工况下,对不同叶片数的首级叶轮的计算模型进行数值模拟,研究首级叶轮的叶片数对立式多级筒袋泵性能的影响,根据模拟结果计算扬程和效率值并得到性能曲线,分析了H-Q曲线和η-Q曲线的变化规律,得到了叶片数对立式多级筒袋泵扬程和效率的影响规律。结果表明,在首级叶轮其他几何参数不变的情况下,本文研究的300LDTN-200立式多级筒袋泵应选择的最优叶片数为5。(4)利用数值模拟,研究在不同流量工况下改变首级叶轮叶片包角对立式多级筒袋泵水力性能的影响,通过后处理方法得到压力云图,分析不同叶片包角情况下叶轮流道内压力的变化规律,并根据得到的H-Q曲线和η-Q曲线,从曲线的走势和变化率方面分析叶片包角对立式多级筒袋泵水力性能的影响,总结得到,在仅改变首级叶轮包角的前提下,300LDTN-200立式多级筒袋泵首级双吸叶轮的最佳包角为130°。(5)在不同流量工况下,利用数值模拟分析首级叶轮进口边宽度对立式多级筒袋.泵水力性能的影响,得到了各进口边宽度的改型泵在不同流量工况下的压力云图,对比分析,总结出首级叶轮进口边宽度对液体流动的影响规律,通过-Q曲线和η-Q曲线的变化,分析仅改变首级叶轮进口边宽度对立式多级筒袋泵水力性能的影响。(6)对300LDTN-200立式多级筒袋泵及叶片数为4的改型泵进行了泵试验,对比试验结果和数值模拟结果。在流量工况为0.6Qopt-1.4Qopt的范围内,模拟结果与试验结果误差在5%之内,其中,设计工况下的误差在3%之内,从而验证了本文数值模拟的准确性,以及本文通过改变首级双吸叶轮的几何参数来改变立式多级筒袋泵的水力性能的可行性。


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