外混式自吸噴灌泵非定常數(shù)值模擬及回流閥系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題系國家高新技術(shù)研究發(fā)展(863計劃)項目“變量噴灑低能耗輕小型灌溉機(jī)組”(編號：2006AA100211)部分內(nèi)容。
　　 自吸噴灌泵是節(jié)水噴灌系統(tǒng)的重要設(shè)備。外混式自吸噴灌泵因其運行可靠，自吸時間短，受廣大用戶歡迎。但外混式自吸噴灌泵大多數(shù)不使用回流閥，效率低；有些即使使用回流閥，也存在關(guān)閉不嚴(yán)等問題，同樣影響效率。本文從回流閥對外混式自吸噴灌泵效率的影響出發(fā)，設(shè)計了外混式自吸噴灌泵水力模型，通過CFD數(shù)值模擬、理論分析

2、和試驗研究等方法，對回流閥進(jìn)行深入的研究，提出了回流閥的優(yōu)化設(shè)計方案。本文主要研究工作和研究成果如下：
　　 1.外混式自吸噴灌泵的水力設(shè)計。以一元理論為基礎(chǔ)，對外混式自吸噴灌泵葉輪、蝸殼、回流孔、儲液室、氣液分離室等進(jìn)行水力設(shè)計。并進(jìn)行樣機(jī)的試驗研究。
　　 2.外混式自吸噴灌泵數(shù)值模擬。運用FLUENT軟件對回流孔未完全關(guān)閉(模型1)和回流孔完全關(guān)閉(模型2)兩種模型進(jìn)行三維定常和非定常數(shù)值模擬。模擬結(jié)果揭示了外混式

3、自吸噴灌泵內(nèi)受葉輪.蝸殼動靜干涉引起的非定常流動特性。蝸殼1-8斷面和回流閥附近共26個監(jiān)測點的壓力脈動形式基本一致。第5斷面回流孔處和回流閥附近監(jiān)測點壓力脈動峰值與靜壓均值的偏差最小，偏差值為1.3％～2.5％。從壓力脈動影響回流閥穩(wěn)定性的方面來考慮，應(yīng)將回流孔布置在從隔舌起沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向200°～220°之間。
　　 3.壓力脈動試驗。采用壓力傳感器與虛擬儀器(LabVIEW)測量了外混式自吸噴灌泵第3、5(回流孔所處位置)

4、、7斷面處的壓力變化規(guī)律以及泵自吸啟動過程中的壓力變化。試驗結(jié)果表明了，三個斷面的壓力變化趨勢與模擬結(jié)果相一致，且第5斷面回流孔處壓力脈動峰值與靜壓均值的偏差最小，偏差值為4％。結(jié)合非定常模擬結(jié)果和壓力脈動試驗結(jié)果，表明了將回流孔設(shè)置在第5斷面處是正確的。
　　 4.碗式回流閥力學(xué)分析。通過理論和試驗相結(jié)合的方法，分析了外混式自吸噴灌泵在自吸過程和正常運行時碗式回流閥的受力情況，提出了碗式回流閥的受力計算公式。運用ANSYS軟件

5、對碗式回流閥進(jìn)行了有限元計算，得到了外混式自吸噴灌泵在自吸過程和正常運行時碗式回流閥的位移變化及應(yīng)力分布。有限元計算結(jié)果表明了，泵自吸時，該碗式回流閥變形較小，不會關(guān)閉回流孔；泵正常運行時，該碗式回流閥軸向位移為13.582mm，已經(jīng)自動關(guān)閉回流孔。
　　 5.外混式自吸噴灌泵水力模型試驗。在自動堵回流孔和人工堵回流孔兩種情況下對65ZB-40C型自吸噴灌泵進(jìn)行了水力性能試驗。試驗結(jié)果表明兩種情況下交點處的效率差僅為0.95％。