離心泵啟動過程的瞬態(tài)內(nèi)流和外特性.pdf

1、離心泵通常主要在穩(wěn)定工況下運行，其工作轉(zhuǎn)速、工況等基本不變或者變化非常緩慢，因此對離心泵的研究主要集中在穩(wěn)定工況下進行。隨著離心泵應用領域的拓展以及系統(tǒng)復雜程度的提高，離心泵也會在非穩(wěn)定工況下運行，如啟動、停機和轉(zhuǎn)速變化等瞬態(tài)工況，離心泵在非穩(wěn)定工況運行的水力性能日益受到重視，因此非常有必要開展離心泵在瞬態(tài)工況下的性能研究。
　　本論文以在瞬態(tài)工況下運行的離心泵為研究對象，重點對啟動過程中的水力性能進行了較為詳細和深入的系統(tǒng)研究，

2、獲得了當輸送介質(zhì)中含有固體顆粒時的離心泵瞬態(tài)啟動特性。論文首先根據(jù)動量矩定理提出了一種描述不可壓縮流體機械瞬態(tài)操作條件下性能的廣義歐拉方程式，借助于該方程式開展離心泵在各類瞬態(tài)操作條件下附加理論揚程的定量計算;其次，運用動網(wǎng)格方法進行了離心泵啟動過程的數(shù)值仿真計算研究，建立了基于數(shù)值模擬的離心泵瞬態(tài)性能研究方法;再次，開展了離心泵啟動過程的外特性實驗測試研究，借助于無量綱分析方法揭示了離心泵啟動過程的瞬態(tài)特性;最后，采用數(shù)值模擬方法開展

3、了離心泵輸送介質(zhì)中含固體顆粒時的啟動過程流動計算，獲得了其瞬態(tài)特性。
　　論文的主要研究工作如下:
　　1.從動量矩定理和水力機械內(nèi)部流動理論出發(fā)，推導了一種描述不可壓縮流體機械瞬態(tài)操作過程性能的廣義歐拉方程式。該方程式可較全面地反映了整個葉片厚度變化和葉片型線變化對附加理論揚程的影響，并可被用于泵、風機、透平等不可壓縮流體機械在各類瞬態(tài)操作過程中的附加理論揚程（或壓頭、壓升）的定量預測。
　　2.運用動網(wǎng)格方法開展了

4、離心泵輸送清水介質(zhì)時的快速啟動過程的數(shù)值模擬研究，建立了基于數(shù)值模擬的離心泵瞬態(tài)操作過程的研究方法。論文研究工作中，建立了一個包含離心泵模型在內(nèi)的循環(huán)管路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中設置了定壓點，數(shù)值模擬中對整個系統(tǒng)進行計算。通過數(shù)值計算獲得了啟動過程中的許多特性，包括外特性的變化和內(nèi)部流場的演化特性。進口壓力呈現(xiàn)先降后升特性，流量在啟動初期上升較為緩慢。無量綱流量在初始階段快速上升至穩(wěn)定值;無量綱揚程在啟動初始階段存在極大值，隨后迅速下降低于準穩(wěn)

5、態(tài)值，而后又不斷上升接近于準穩(wěn)態(tài)值。
　　3.在所搭建的離心泵瞬態(tài)性能測試實驗臺上，對三種典型葉輪結(jié)構(gòu)（普通閉式葉輪、復合葉輪和開式葉輪）的離心泵進行了清水介質(zhì)的啟動過程實驗測試研究。通過實驗獲得了啟動過程中轉(zhuǎn)速、流量、揚程和軸功率隨時間的變化結(jié)果，分析了各個物理量的變化特性。啟動過程中轉(zhuǎn)速上升規(guī)律基本穩(wěn)定，不依賴于啟動后穩(wěn)定工況點的變化而變化;流量在啟動初期上升較為緩慢，延遲于轉(zhuǎn)速而上升到穩(wěn)定值，并且隨閥門開度的增加延遲變得更為

6、嚴重;在啟動過程中普遍存在壓力沖擊和軸功率沖擊現(xiàn)象。
　　4.首先采用基于歐拉-歐拉方法的多相流模型，對固液兩相流中固相屬性對水力輸送性能的影響以及泵流道內(nèi)固體顆粒的分布進行了數(shù)值計算研究，分析了內(nèi)部流場的變化特性。在離心泵啟動實驗中獲得的轉(zhuǎn)速與流量測試結(jié)果基礎上，編寫用戶自定義函數(shù)施加到泵葉輪上和進口處充當計算邊界條件，采用動網(wǎng)格方法開展了離心泵輸送介質(zhì)中含固體顆粒時的啟動計算。研究發(fā)現(xiàn)當輸送介質(zhì)發(fā)生變化時，啟動過程所表現(xiàn)出的性