【摘要】： 以計(jì)算流體力學(xué)(CFD)為基礎(chǔ)的流場數(shù)值模擬技術(shù),是揭示流體機(jī)械內(nèi)部流場特性的有效工具,也是流體機(jī)械產(chǎn)品性能優(yōu)化和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的有效手段,已成為流體機(jī)械CAD輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 本文的主要研究工作包括: 1.在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,綜述了計(jì)算流體力學(xué)及CFD數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展歷程,以及CFD數(shù)值模擬技術(shù)在離心泵流場數(shù)值模擬中的應(yīng)用,并指出了目前存在的不足。 2.在分析比較離心泵整機(jī)數(shù)值模擬的各種耦合模型和模擬方法的基礎(chǔ)上,通過Pro-E軟件構(gòu)建了FLG40-200離心泵的整機(jī)三維水力模型,運(yùn)用CFD前處理工具GAMBIT對(duì)該三維模型實(shí)行了分塊網(wǎng)格劃分,并以CFD商業(yè)軟件Fluent實(shí)現(xiàn)了該離心泵的整機(jī)定常和非定常數(shù)值模擬。 3.針對(duì)離心泵非定常數(shù)值模擬的傳統(tǒng)收斂判據(jù)存在的不足,提出了一個(gè)新的收斂判據(jù),并運(yùn)用新判據(jù),對(duì)IS80-65-160離心泵和本文研究對(duì)象FLG40-200離心泵的非定常數(shù)值模擬進(jìn)行了收斂分析,分析過程中將新判據(jù)和傳統(tǒng)判據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩者所得結(jié)果一致,但新判據(jù)為流場的穩(wěn)定性程度提供了定量指標(biāo),且在低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的小流量工況下表現(xiàn)出了傳統(tǒng)判據(jù)所沒有的優(yōu)勢。 4.在總結(jié)離心泵圓盤摩擦損失和容積損失計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,確定了適用于低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵的圓盤摩擦修正和容積修正方案。并應(yīng)用該修正方案,以數(shù)值模擬所得的流場信息為基礎(chǔ),得到了離心泵在不同工況下的性能參數(shù)。以泵試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),比較不同的模擬方法所得結(jié)果的精度,結(jié)果發(fā)現(xiàn):對(duì)于本文所研究的泵,非定常數(shù)值模擬獲得的預(yù)測結(jié)果較符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。之后,繪制了泵特性曲線,并深入分析了葉輪和蝸殼的內(nèi)流場。 5.以上述分析為基礎(chǔ),以節(jié)能為目標(biāo),進(jìn)行了泵性能優(yōu)化,并運(yùn)用整機(jī)非定常數(shù)值模擬手段對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果顯示,取得了一定的優(yōu)化效果,效率提高了2%,且離心泵的揚(yáng)程亦滿足設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

在三維建模過程當(dāng)中，模型的某些表面還可能出現(xiàn)一些面積非常細(xì)小的小碎面，這些小碎面的存在將會(huì)對(duì)網(wǎng)格的劃分產(chǎn)生不良影響。因此，必須將這些小碎面與其他曲面合并。離心泵整機(jī)實(shí)體模型如圖2一1。圖2一1離心泵整機(jī)實(shí)體三維水力模型2.3網(wǎng)格與前處理Flueni軟件包提供的前處理軟件GAMBIT可以用來實(shí)現(xiàn)幾何模型的網(wǎng)格劃分與邊界條件類型設(shè)定。GAMBIT的功能還包括構(gòu)建幾何模型，但考慮到離心泵水力模型具有較復(fù)雜的曲面，本文采用專業(yè)軟件Pro一E實(shí)現(xiàn)之，如前文所述，并將由Pro一E軟件創(chuàng)建的三維水力模型導(dǎo)入GAMBIT進(jìn)行網(wǎng)格劃分。2.3.1網(wǎng)格類型與網(wǎng)格劃分網(wǎng)格有結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格之分136一39]。三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格采用六面體單元，生成的網(wǎng)格具有良好的正交性，網(wǎng)格質(zhì)量好，有利于計(jì)算過程的收斂，，節(jié)省內(nèi)存。但結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)于復(fù)雜幾何模型的適應(yīng)性比較差四。對(duì)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，往往需要采用多塊劃分網(wǎng)格的方法[40]。三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格采用四面體、三棱柱等形式的單元，節(jié)點(diǎn)可任意分布，因此能夠適用復(fù)雜的幾何構(gòu)造。本文所研究的離心泵三維水力模型包括圓柱型吸水室、葉輪區(qū)域水體、蝸殼型壓水室和出水管

三維網(wǎng)格的局部加密通常有面網(wǎng)格加密法和分塊網(wǎng)格加密法兩種。采用面網(wǎng)格加密法只能加密一定表面附近的網(wǎng)格，如需要加密整個(gè)三維區(qū)域的網(wǎng)格，則應(yīng)使用分塊網(wǎng)格加密。這兩種方法加密得到的隔舌部網(wǎng)格分別如圖2一2及圖2一3所示，可以明顯看出，采用面網(wǎng)格加密法得到的網(wǎng)格，其中心遠(yuǎn)離表面的部位網(wǎng)格是稀疏的。圖2一2分塊網(wǎng)格技術(shù)加密的隔舌部網(wǎng)格圖2一3面網(wǎng)格加密技術(shù)得到的隔舌部網(wǎng)格圖2一4離心泵整機(jī)三維水力模型網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH311

【引證文獻(xiàn)】

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1 朱波;牟介剛;鄭水華;趙錦靖;甘建軍;黃輝;;葉輪葉片型線對(duì)沖壓焊接多級(jí)離心泵性能的影響[J];輕工機(jī)械;2012年06期

2 劉廣濤;黃洪雁;王祥鋒;顏培剛;韓萬金;;大膨脹比渦輪機(jī)三維非定常數(shù)值計(jì)算研究[J];汽輪機(jī)技術(shù);2012年06期

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1 李輝;基于葉輪設(shè)計(jì)的IS65型離心泵空化性能改進(jìn)的研究[D];江西理工大學(xué);2011年

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3 張恒峰;基于流固耦合的離心泵動(dòng)力學(xué)數(shù)值研究[D];大連交通大學(xué);2012年

4 周劍松;基于CFD分析的CQB65-50-160F離心泵的性能預(yù)測及優(yōu)化[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

5 丁曉霞;多級(jí)離心泵的性能預(yù)測及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];華東理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2598141