【摘要】： 南水北調(diào)等大型水利工程需要大量效率高、運行穩(wěn)定的軸流泵,而優(yōu)秀的軸流泵水力模型是保證實型泵(真機)的能量指標、汽蝕指標和穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。水力設(shè)計實踐表明,采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計的水力模型,其性能指標難以滿足使用要求。 本文采用理論分析、試驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,采用流線法設(shè)計制造了高性能指標的軸流泵水力模型,并已在南水北調(diào)東線工程等大型水利工程泵站中得到應(yīng)用。 主要研究工作和創(chuàng)造性成果有: (1)研究確定了軸流泵水力模型系列的參數(shù)。為了方便選擇泵型,采用保持軸流泵模型的流量不變,通過改變模型設(shè)計揚程以改變比轉(zhuǎn)速的方法,得到軸流泵水力模型系列參數(shù),用于設(shè)計不同比轉(zhuǎn)速的水力模型。模型泵的流量為0.35m~3/s,揚程范圍為2.5～11.0 m,比轉(zhuǎn)速為500～1500。 (2)系統(tǒng)研究了流線法設(shè)計軸流泵葉輪的方法。提出了一種從葉輪葉片外緣到輪轂線性修正環(huán)量分布的方法,加大葉片外緣側(cè)翼型的環(huán)量,減小輪轂側(cè)翼型的環(huán)量,在輪轂和輪緣之間的翼型的環(huán)量修正系數(shù)按線性規(guī)律變化。提出了葉輪葉片進口沖角從輪轂到輪緣增加的方法,進一步降低葉輪葉片的扭曲,沖角值選取范圍為0°～3°,隨比轉(zhuǎn)速增加,沖角減小。 (3)探討了適合于軸流泵內(nèi)部三維定常流動的數(shù)值計算方法。以比轉(zhuǎn)速為1000的軸流泵水力模型為算例,并以天津同臺測試的試驗數(shù)據(jù)為參照,進行了全流場三維定常數(shù)值計算。數(shù)值計算采用Reynolds時均N-S方程,標準κ-ε紊流模型,二階精度差分格式和SIMPLEC算法。 CFD計算的曲線與試驗曲線的趨勢基本一致,最優(yōu)工況點計算揚程相對試驗揚程的最大誤差為2.52%,誤差絕對值的平均值為4.5%。分析了軸流泵葉輪和導(dǎo)葉表面的速度矢量圖、壓力等值線圖。葉輪和導(dǎo)葉葉片工作面和背面的速度、壓力分布有著明顯的規(guī)律,葉片工作面的相對速度分布比較均勻,基本上按圓柱面分布,自輪轂向輪緣相對速度逐漸增加,導(dǎo)葉工作面的速度基本上沿軸向流出。靠近葉輪葉片輪轂處,沿葉片長度方向壓力變化較大,而靠近葉輪葉片輪緣處,沿葉片長度方向壓力變化平穩(wěn),輪緣處的最高壓力及平均壓力均高于輪轂處的壓力,葉片背面的最低壓力點在距頭部約25%處。葉輪出口速度環(huán)量沿半徑方向自輪轂向輪緣逐漸增加,這與水力設(shè)計時對葉輪出口圓周分速度進行修正的結(jié)果一致。 (4)總結(jié)了軸流泵水力模型設(shè)計中關(guān)鍵參數(shù)的選擇規(guī)律。包括葉輪的葉柵稠密度、輪轂比、葉片數(shù)和翼型加厚規(guī)律,導(dǎo)葉的葉片數(shù)以及與葉輪的軸向間距。 本文所取得的研究成果為軸流泵水力設(shè)計方法的深入研究提供了借鑒,所開發(fā)的軸流泵水力模型的設(shè)計質(zhì)量和準確性得到了進一步提高,降低了新模型的研發(fā)成本,提高了泵站工程中原型泵的效率,既具有較高的學(xué)術(shù)價值,又對南水北調(diào)等重大工程具有重要的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH311
【圖文】：

0.3一65m3/s，比轉(zhuǎn)速500一1600仁‘〕。軸流泵水力模型的研究分為泵段水力模型和泵裝置水力模型的研究，泵段水力模型通常包括進水直管、葉輪、(后)導(dǎo)葉和出水彎管部分，如圖2一1所示，而泵裝置模型則由進水流道、泵段模型和出水流道組成，如圖2一2所示，本文針對泵段水力模型開展研究。出水彎管導(dǎo)葉葉輪進水管到到到到到到到到到到到到到到

又稱為軸向速度v:。設(shè)計葉片時，通常按u(n)、v，(Q)、v。(萬)，做葉輪進、出口速度三角形，以確定相對速度的方向，即，確定葉片安放角，如圖2一4所示。翔決山V.口卜坐二一…方沙/圖2一4軸流泵進出口速度三角形①進口速度三角形圓周速度u，=2才切60(2一5)進口前軸面速度、。二4Q二(D’一d廠)刀v(2一6)式中:石一所研究的流面半徑;刁，一容積效率，叮，=0.%一0.99。圓周分速度vu，由吸入條件決定，通常取vul二0。②出口速度三角形通常，。2=u，=u，vmZ=v，，=vm

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張德勝;施衛(wèi)東;張華;姚捷;關(guān)醒凡;;不同湍流模型在軸流泵性能預(yù)測中的應(yīng)用[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2012年01期

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

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本文編號：2738309