離心泵多設計方案下內流piv測試及其非定常全流場數(shù)值模擬

1、江蘇大學博士學位論文離心泵多設計方案下內流PIV測試及其非定常全流場數(shù)值模擬姓名：袁建平申請學位級別：博士專業(yè)：流體機械及工程指導教師：袁壽其20080501江蘇大學博士學位論文：離心泵多設計方案下內流P I V 測試及其非定常全流場數(shù)值模擬內部流場的三維粘性湍流數(shù)值模擬。通過與P I V 實驗測試結果的對比分析，驗證了所建數(shù)學模型的準確性。通過對設計流量工況及非設計流量工況下五種方案葉輪內部流動速度、壓力、湍動能分布的對比分析，發(fā)現(xiàn)：

2、低比速設計的葉輪流道內流體基本沿葉片型線方向流動，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 測試結果一致；常規(guī)設計方法設計的葉輪，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 測試結果～致；由于短葉片的存在防止了尾流的產生和發(fā)展，長葉片

3、吸力面出口未出現(xiàn)低速尾流區(qū)：當短葉片向長葉片吸力面偏置時，平衡了短葉片兩側流道內的流動，流動更為均勻。通過對五種葉輪設計方案的分析和評估，為最終進行離心泵葉輪優(yōu)化水力設計提供理論基礎。4 ．基于分塊耦合及局部加密的方法生成三維非結構化網格，采用凍結轉動部件法及多重參考坐標系模型，對離心泵包括蝸殼在內的全三維流場進行了定常數(shù)值模擬，結果表明：蝸殼進口速度和壓力沿周向分布呈明顯的周期性波動特征，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、流量及葉輪結構形式有很大關系，進一步證實了離心泵內從葉輪到蝸殼整個流場的強非對稱流動特征。通過不同設計方案及不同流量工況下的數(shù)值模擬對比分析，揭示了葉輪和蝸殼之間的動靜干涉對流場的影響。通過對多個設計方案不同流量工況下的數(shù)值模擬，數(shù)值預測了離心泵的性能曲線，并與外特性實驗曲線進行對比，進一步驗證了本文數(shù)值模擬的準確性和性能預測的可行性，為離心泵的性能優(yōu)化提供了途徑。5 ．由于離心泵內的非定常流動能引起泵內部和出口的壓力脈動，進而誘導產生

5、噪聲和振動，不同設計方案離心泵的非定常特性也不同。本文針對不同的設計方案，采用滑移網格的非定常C F D 方法實現(xiàn)了整機全三維非定常流場的數(shù)值模擬，揭示了離心泵內部流動周期性波動特性和非穩(wěn)定流動特征。蝸殼隔舌附近的壓力波動幅值最大，蝸殼出口斷面上的壓力波動幅值最??；小流量工況下，各方案的瞬時揚程波動不大，隨流量的增大瞬時揚程波動幅值明顯增大；低比速設計的葉輪瞬時揚程波動較大，常規(guī)設計的葉輪瞬時揚程波動最?。徊捎瞄L短葉片的葉輪，短葉片偏向