射流式自吸離心泵的設(shè)計理論、數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、本課題屬“十五”國家重大科技專項“輕小型移動式與大型自走式噴灌機(jī)組配套產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)(項目編號：2002AA6Z3161)”項目。 自吸泵廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、船舶、市政、電力、礦山、化工等部門。與普通離心泵相比，這種泵能夠?qū)崿F(xiàn)自吸，因此應(yīng)用廣泛，特別是在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中實現(xiàn)自動化控制的節(jié)水灌溉方面，自吸式噴灌泵是其核心設(shè)備。我國目前生產(chǎn)的自吸泵基本上都是離心式自吸泵，泵的自吸方式大多數(shù)是氣液混合式，可分為內(nèi)混式和外混式兩種型式。這

2、種結(jié)構(gòu)型式的自吸泵由于采用渦殼式壓水室，因此具有較大的氣液分離室，從而導(dǎo)致泵的體積、重量過大，搬運困難。泵體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造、加工難度相對較大，而且性能上還存在一些不足，如吸程較低，必需汽蝕余量較大，自吸時間較長，運行費用較高。 因此，本文在分析自吸噴灌泵自吸原理的基礎(chǔ)上，為了達(dá)到改進(jìn)水力設(shè)計方法和自吸結(jié)構(gòu)，以提高泵的效率和自吸性能，提出了一種新型的自吸泵——射流式自吸噴灌泵。該泵在結(jié)構(gòu)上作了以下創(chuàng)新：①進(jìn)口流道引入射流自吸裝置；

3、②壓水室采用導(dǎo)葉式結(jié)構(gòu)。自吸裝置對泵的進(jìn)口流場能夠形成負(fù)壓區(qū)，提供比較大的真空度，提高了自吸性能，縮短了自吸時間，也提高了整個機(jī)組的性能和效率，降低了運行成本。壓水室采用導(dǎo)葉式結(jié)構(gòu)能夠盡快地把液體的動能轉(zhuǎn)換為壓力能，同時能夠使泵腔內(nèi)的流動更趨合理均勻，提高泵內(nèi)氣液分離的能力，并且能平衡葉輪徑向力。對于該泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析采用三維流場數(shù)值計算，因為三維數(shù)值模擬計算能夠比較直觀地表達(dá)泵內(nèi)的流動信息。最后設(shè)計生產(chǎn)出的自吸泵，并對該泵進(jìn)行實驗研究

4、，分析實際工況下上述的改變對功率、流速、自吸性能的影響，利用實驗來比較驗證計算的結(jié)果。本文的主要工作如下： 1.概述了自吸泵的研究現(xiàn)狀和前人的研究成果，提出了一種新型射流式自吸泵的設(shè)計理論及方法。指出了本課題研究的理論含義和實踐意義。 2.利用三維造型軟件Pro/ENGINEER，繪出了泵以及泵自吸裝置結(jié)構(gòu)的三維立體模型。簡要介紹了網(wǎng)格生成技術(shù)，并把混合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù)應(yīng)用于射流式自吸泵的進(jìn)口流場。通過構(gòu)造泊松方程源項P

5、、Q、R分布函數(shù)控制網(wǎng)格的疏密度。 3.概括介紹了湍流與計算流體力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及在工程中的應(yīng)用，對計算模型進(jìn)行了闡述，應(yīng)用商業(yè)CFD軟件FLUENT對進(jìn)口三維不可壓湍流流場進(jìn)行數(shù)值模擬，確定其求解區(qū)域并引入邊界條件，采用更符合實際工程中廣泛應(yīng)用的RNGk-ε雙方程湍流模式，利用有限體積法對控制方程進(jìn)行離散，采用交錯網(wǎng)格存放變量，然后用SIMPLE算法來求解，并對計算的結(jié)果進(jìn)行了分析和研究。計算研究的結(jié)果對自吸泵性能和水力設(shè)計理論

6、的完善提供了一定理論依據(jù)，對進(jìn)一步的實驗研究具有一定的指導(dǎo)意義。 4.利用以上的設(shè)計理論和方法設(shè)計、生產(chǎn)出了射流式自吸泵，并對該泵進(jìn)行了實驗研究，對于泵的自吸性能實驗，本文對泵體回流孔位置和面積大小，以及回流裝置和回流射流的噴嘴直徑等都進(jìn)行深入的研究，在大量試驗的基礎(chǔ)上找出這些參數(shù)的最優(yōu)方案，從而基本能解決自吸泵自吸性能與泵效率之間的矛盾。 5.最后總結(jié)了計算和實驗的結(jié)果，綜合分析了兩者的聯(lián)系和區(qū)別，得到一套比較合理的設(shè)