深井離心泵導(dǎo)葉的數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、深井離心泵是抽取地下水的主要設(shè)備,在農(nóng)田灌溉、給水排水工程等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。隨著全球淡水資源日益匱乏,我國局部干旱逐年加劇,地下水水位逐漸降低,廣大用戶對(duì)深井泵的需求越來越大,對(duì)深井泵性能的要求也越來越高。如何進(jìn)一步提高深井離心泵的性能,降低能耗,已成為相關(guān)學(xué)者的研究重點(diǎn)。
　　 有資料表明,導(dǎo)葉內(nèi)的水力損失約占泵內(nèi)水力損失的40％～50％。在深井離心泵的設(shè)計(jì)中,導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)也不容忽視。本文結(jié)合國家“863計(jì)劃”項(xiàng)目“變量

2、噴灑低能耗輕小型灌溉機(jī)組”中關(guān)于研發(fā)新型節(jié)能節(jié)材深井離心泵的要求,對(duì)深井離心泵的導(dǎo)葉進(jìn)行研究,對(duì)導(dǎo)葉的內(nèi)部流場(chǎng)分布及非定常流動(dòng)進(jìn)行分析。
　　 本文在分析國內(nèi)外深井離心泵設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,基于CFD技術(shù),通過數(shù)值模擬、內(nèi)部流場(chǎng)分析、性能預(yù)測(cè)和試驗(yàn)研究等方法,對(duì)深井離心泵導(dǎo)葉的設(shè)計(jì)和優(yōu)化做了一些研究,主要的研究工作及成果如下:
　　 1.簡(jiǎn)要總結(jié)了國內(nèi)外深井離心泵的研究進(jìn)展,介紹并分析了深井離心泵中常用的導(dǎo)葉形式

3、及其設(shè)計(jì)方法。對(duì)深井離心泵中的葉輪極大揚(yáng)程設(shè)計(jì)法的研究思路做了較為詳盡的闡述。
　　 2.對(duì)導(dǎo)葉設(shè)計(jì)中常用到的速度矩保持性定理進(jìn)行了推導(dǎo)和驗(yàn)證。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,在葉輪出口邊斜切后,速度矩沿徑向的變化規(guī)律是滿足保持性定理的,但是沿軸向的變化規(guī)律發(fā)生了改變,速度矩沿斜切方向逐漸下降。此結(jié)論為探索出適合葉輪極大揚(yáng)程設(shè)計(jì)法的導(dǎo)葉設(shè)計(jì)思路奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 3.針對(duì)采用極大揚(yáng)程設(shè)計(jì)法的新型深井離心泵,對(duì)其關(guān)鍵的數(shù)值模擬設(shè)置方

4、法進(jìn)行研究,分別在不同的網(wǎng)格數(shù)、不同的殘差收斂精度、不同的湍流模型、不同的流場(chǎng)計(jì)算方法下進(jìn)行了數(shù)值模擬；并對(duì)不同級(jí)數(shù)的深井離心泵模型的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了討論；從而選擇出了適合深井離心泵的數(shù)值模擬設(shè)置方法。并通過預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析了兩者之間存在誤差的因?yàn)?證實(shí)了后續(xù)研究的可行性及準(zhǔn)確性。
　　 4.依據(jù)速度矩沿軸向的變化規(guī)律發(fā)生了改變這一結(jié)論,設(shè)計(jì)出了進(jìn)口邊扭曲的三維曲面反導(dǎo)葉,并按照速度矩保持性定理設(shè)計(jì)出了傳統(tǒng)的圓柱形

5、導(dǎo)葉,對(duì)兩種導(dǎo)葉的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了分析比較。為了量化導(dǎo)葉的壓力轉(zhuǎn)換性能,首次定義了導(dǎo)葉效率的概念。對(duì)比結(jié)果表明,三維曲面反導(dǎo)葉的導(dǎo)葉效率較高,導(dǎo)葉設(shè)計(jì)符合泵體內(nèi)部的流動(dòng)規(guī)律。
　　 5.對(duì)采用三維曲面反導(dǎo)葉的深井離心泵進(jìn)行了樣機(jī)的加工制造和外特性試驗(yàn),結(jié)果表明,采用三維曲面反導(dǎo)葉的樣機(jī)效率達(dá)到66.59％,超過了國家標(biāo)準(zhǔn)64％的規(guī)定值。試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的變化趨勢(shì)基本吻合,證實(shí)了采用數(shù)值模擬來預(yù)測(cè)泵性能的可行性。
　　

6、 6.利用正交試驗(yàn)的方法,對(duì)流道式導(dǎo)葉的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行研究,采用L9(34)正交表,通過對(duì)9個(gè)導(dǎo)葉設(shè)計(jì)方案的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行的極差分析,得到了流道式導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泵性能影響的主次順序,進(jìn)而依據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)出了最優(yōu)導(dǎo)葉水力模型,樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明,裝配該導(dǎo)葉的深井離心泵的泵效率高達(dá)67.51％,單級(jí)揚(yáng)程為13.84m,效率和揚(yáng)程均明顯提高。
　　 7.對(duì)采用三維曲面反導(dǎo)葉的新型深井離心泵進(jìn)行了整機(jī)的非定常數(shù)值計(jì)算,通過布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)