離心泵多設(shè)計(jì)方案下內(nèi)流piv測試及其非定常全流場數(shù)值模擬

1、江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文離心泵多設(shè)計(jì)方案下內(nèi)流PIV測試及其非定常全流場數(shù)值模擬姓名：袁建平申請學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：流體機(jī)械及工程指導(dǎo)教師：袁壽其20080501江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：離心泵多設(shè)計(jì)方案下內(nèi)流P I V 測試及其非定常全流場數(shù)值模擬內(nèi)部流場的三維粘性湍流數(shù)值模擬。通過與P I V 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。通過對(duì)設(shè)計(jì)流量工況及非設(shè)計(jì)流量工況下五種方案葉輪內(nèi)部流動(dòng)速度、壓力、湍動(dòng)能分布的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)：

2、低比速設(shè)計(jì)的葉輪流道內(nèi)流體基本沿葉片型線方向流動(dòng)，較大流速出現(xiàn)在葉片吸力面附近，葉輪出口吸力面?zhèn)葻o低速尾流區(qū)存在，與P I V 測試結(jié)果一致；常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的葉輪，在葉片吸力面出口處存在低速尾流區(qū)，葉片壓力面距頭部1 ／3 處出現(xiàn)一較大范圍的低速旋渦區(qū)，使主流區(qū)的速度明顯增大；長短葉片葉輪葉片進(jìn)口壓力面附近存在明顯的低速旋渦區(qū)，流體從長葉片吸力面橫向流向壓力面，與P I V 測試結(jié)果～致；由于短葉片的存在防止了尾流的產(chǎn)生和發(fā)展，長葉片

3、吸力面出口未出現(xiàn)低速尾流區(qū)：當(dāng)短葉片向長葉片吸力面偏置時(shí)，平衡了短葉片兩側(cè)流道內(nèi)的流動(dòng)，流動(dòng)更為均勻。通過對(duì)五種葉輪設(shè)計(jì)方案的分析和評(píng)估，為最終進(jìn)行離心泵葉輪優(yōu)化水力設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。4 ．基于分塊耦合及局部加密的方法生成三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用凍結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部件法及多重參考坐標(biāo)系模型，對(duì)離心泵包括蝸殼在內(nèi)的全三維流場進(jìn)行了定常數(shù)值模擬，結(jié)果表明：蝸殼進(jìn)口速度和壓力沿周向分布呈明顯的周期性波動(dòng)特征，葉輪出口射流和尾流區(qū)的存在與否及所處位置與泵的

4、流量及葉輪結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)系，進(jìn)一步證實(shí)了離心泵內(nèi)從葉輪到蝸殼整個(gè)流場的強(qiáng)非對(duì)稱流動(dòng)特征。通過不同設(shè)計(jì)方案及不同流量工況下的數(shù)值模擬對(duì)比分析，揭示了葉輪和蝸殼之間的動(dòng)靜干涉對(duì)流場的影響。通過對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)方案不同流量工況下的數(shù)值模擬，數(shù)值預(yù)測了離心泵的性能曲線，并與外特性實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和性能預(yù)測的可行性，為離心泵的性能優(yōu)化提供了途徑。5 ．由于離心泵內(nèi)的非定常流動(dòng)能引起泵內(nèi)部和出口的壓力脈動(dòng)，進(jìn)而誘導(dǎo)產(chǎn)生

5、噪聲和振動(dòng)，不同設(shè)計(jì)方案離心泵的非定常特性也不同。本文針對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案，采用滑移網(wǎng)格的非定常C F D 方法實(shí)現(xiàn)了整機(jī)全三維非定常流場的數(shù)值模擬，揭示了離心泵內(nèi)部流動(dòng)周期性波動(dòng)特性和非穩(wěn)定流動(dòng)特征。蝸殼隔舌附近的壓力波動(dòng)幅值最大，蝸殼出口斷面上的壓力波動(dòng)幅值最小；小流量工況下，各方案的瞬時(shí)揚(yáng)程波動(dòng)不大，隨流量的增大瞬時(shí)揚(yáng)程波動(dòng)幅值明顯增大；低比速設(shè)計(jì)的葉輪瞬時(shí)揚(yáng)程波動(dòng)較大，常規(guī)設(shè)計(jì)的葉輪瞬時(shí)揚(yáng)程波動(dòng)最??；采用長短葉片的葉輪，短葉片偏向