沖壓焊接離心泵葉輪及蝸殼耦合特性準(zhǔn)非定常數(shù)值模擬
本文通過CFD技術(shù)研究了沖壓焊接離心泵過流部件在準(zhǔn)非定常條件下的流動(dòng)特點(diǎn)，分析了葉輪和蝸殼之間的耦合特性與離心泵性能的內(nèi)在關(guān)系，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值預(yù)測(cè)的可靠性。在此基礎(chǔ)上提出沖壓焊接離心泵性能優(yōu)化目標(biāo)和措施。本文在初步水力設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上對(duì)沖壓焊接離心泵進(jìn)行了研究和總結(jié)，主要研究包括：1．采用準(zhǔn)非定常模擬沖壓焊接離心泵過流部件內(nèi)部流場(chǎng)。除了大流量工況，隔舌附近有一個(gè)低壓區(qū)隨著葉輪及蝸殼相對(duì)位置變化逐漸增大；小流量工況時(shí)，葉輪流道內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的回流和二次流現(xiàn)象；大流量工況時(shí)蝸殼出口存在流動(dòng)分離。2．對(duì)比了葉輪和蝸殼耦合面周向靜壓分布和徑向速度分布規(guī)律，蝸殼周向不同位置時(shí)靜壓對(duì)流量變化的敏感性不同：zui大靜壓和zui小靜壓值一般發(fā)生在第Ⅳ斷面到隔舌區(qū)域之間，由于蝸殼隔舌對(duì)葉輪出口附近流場(chǎng)的影響，隔舌兩側(cè)的靜壓值發(fā)生了突變。3．基于準(zhǔn)非定常對(duì)沖壓焊接離心泵進(jìn)行性能預(yù)測(cè)。在葉輪與蝸殼不同相對(duì)位置時(shí)，揚(yáng)程、水力功率和水力效率預(yù)測(cè)值均出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)；性能預(yù)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明：設(shè)計(jì)工況時(shí)準(zhǔn)非定常性能預(yù)測(cè)具有很好的預(yù)測(cè)精度，非設(shè)計(jì)工況時(shí)性能預(yù)測(cè)的zui大偏差在10％范圍內(nèi)。4．提出了沖壓焊接離心泵徑向力數(shù)值預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。小流量工況時(shí)沖壓焊接離心泵徑向力zui大，設(shè)計(jì)工況時(shí)的徑向力zui??；小流量工況時(shí)總徑向力矢量方向在第Ⅲ斷面和第Ⅴ斷面之間，大流量工況時(shí)總徑向力矢量方向在第Ⅶ斷面和隔舌之間，設(shè)計(jì)工況時(shí)總徑向力在第Ⅴ斷面和第Ⅶ斷面之間。5．在數(shù)值分析和性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)沖壓焊接離心泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后沖壓焊接離心泵葉輪出口回流和擴(kuò)散管內(nèi)流動(dòng)分離得到了有效控制，改善了非設(shè)計(jì)工況時(shí)的水力性能，滿足沖壓焊接離心泵無過載特性的設(shè)計(jì)要求。
離心泵有立式、臥式、單級(jí)、多級(jí)、單吸、雙吸、自吸式等多種形式。其主要的工作原理有：離心是物體慣性的表現(xiàn)。比如雨傘上的水滴，當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水滴會(huì)跟隨雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)橛陚闩c水滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。但是如果雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)加快，這個(gè)摩擦力不足以使水滴在做圓周運(yùn)動(dòng)，那么水滴將脫離雨傘向外緣運(yùn)動(dòng)。就象用一根繩子拉著石塊做圓周運(yùn)動(dòng)，如果速度太快，繩子將會(huì)斷開，石塊將會(huì)飛出。這個(gè)就是所謂的離心離心泵就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。
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