葉片式氣液混輸泵替代傳統(tǒng)的氣液分輸設(shè)備,增壓后能夠?qū)崿F(xiàn)大排量且遠(yuǎn)距離輸運,縮短了平臺建設(shè)周期以及降低了成本,因此受到國內(nèi)外高度重視。但在國內(nèi)還沒有推廣使用,其主要弊端依然是缺乏足夠的理論基礎(chǔ)和有效的設(shè)計方法,從而導(dǎo)致效率低,在惡劣的運行環(huán)境下壽命較短。需要為探究高效氣液混輸泵水力模型,文章以螺旋軸流式氣液混輸泵為研究對象,依據(jù)軸流泵、誘導(dǎo)輪、壓縮機(jī)的相關(guān)水力設(shè)計,對氣液混輸泵的水力設(shè)計方法進(jìn)行了優(yōu)化�；跉庖簝上嗔鲾�(shù)值模擬的基本理論,利用Fluent流場數(shù)值模擬軟件,通過改變多相泵不同復(fù)合長短導(dǎo)葉葉片數(shù),以及改變短導(dǎo)葉在導(dǎo)葉流道內(nèi)的安放位置,優(yōu)化了原模型動葉與導(dǎo)葉相匹配的流道幾何參數(shù),深入分析了該多相泵在不同流量和不同含氣率工況下三級增壓單元內(nèi)部氣液兩相流運動規(guī)律以及外特性。其具體研究內(nèi)容及成果如下:1)依據(jù)軸流泵、誘導(dǎo)輪、壓縮機(jī)等相關(guān)的理論設(shè)計方法以及相關(guān)優(yōu)化設(shè)計文獻(xiàn),建立氣液混輸泵的水力設(shè)計模型。在此基礎(chǔ)上利用誘導(dǎo)輪葉片軸向長度優(yōu)化公式,對增壓單元葉片軸向長度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,整理出優(yōu)化動葉葉片軸向長度計算公式在內(nèi)的一整套氣液混輸泵水力設(shè)計公式。介紹了目前氣液兩相流數(shù)值模擬應(yīng)用最為可靠的數(shù)學(xué)模型、控制方程及離散格式。2)利用專業(yè)流場模擬軟件Fluent,以水和空氣作為介質(zhì),通過對復(fù)合導(dǎo)葉選取不同的長短葉片數(shù),在不同流量和含氣率的工況下對整機(jī)流體域進(jìn)行數(shù)值模擬,得到氣液混輸泵增壓單元的壓力場分布、含氣率分布及速度分布圖。分析不同葉片數(shù)下流道內(nèi)氣液兩相的流動機(jī)理,并計算出不同工況下整機(jī)的增壓曲線,揚程曲線以及效率曲線。結(jié)果顯示,不同導(dǎo)葉葉片數(shù)對上一級動葉做功的能量回收有較大影響,對下一級動葉輪內(nèi)部流場的干擾較大。流道過流面積、排擠系數(shù)、摩擦損失三者之間存在一定的關(guān)系。長導(dǎo)葉、短導(dǎo)葉葉片數(shù)分別都為八時,多相泵的水力性能最優(yōu)。3)針對氣液混輸泵空間導(dǎo)葉局部壓力過大的現(xiàn)象,設(shè)計工況下以多相泵的揚程提高、效率提升以及導(dǎo)葉局部壓力降低為優(yōu)化目標(biāo)。在保證動葉和長導(dǎo)葉進(jìn)出口安放角等設(shè)計參數(shù)不變的前提下,通過CFD數(shù)值模擬計算不同復(fù)合短導(dǎo)葉安放位置與多相泵的水力效率之間的關(guān)系以及內(nèi)部流場演化機(jī)理,從而尋找效率最優(yōu)的復(fù)合短導(dǎo)葉安放位置。結(jié)果顯示,短導(dǎo)葉安放位置從流道出口移動到流道進(jìn)口的過程中,存在最佳的安放位置。低速脫流區(qū)從導(dǎo)葉流道出口區(qū)域移動到了流道進(jìn)口區(qū)域,且低速脫流區(qū)面積變小,進(jìn)口速度逐漸增大。對于多級氣液混輸泵而言,在氣液分離不可避免的情況下,低速脫流區(qū)位于復(fù)合導(dǎo)葉流道中部時,對前一級的動葉和后一級的動葉流道干擾最小,并且成功的降低了導(dǎo)葉尾部葉頂處的局部高壓。文章揭示了短導(dǎo)葉安放位置與多相泵內(nèi)流場和外特性的關(guān)系,為多相泵導(dǎo)葉的優(yōu)化設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE974.1;TV136.2
【部分圖文】：

氣液混輸泵復(fù)合導(dǎo)葉優(yōu)化及內(nèi)部流動特性研究輪轂進(jìn)口葉片角：11 11tantany yhdnDD (3.12)輪轂出口葉片角：11 22tantany yhdnDD (3.13)輪緣翼型安放角：1 22y ycy (3.14)輪轂翼型安放角：1 22h hch (3.15)葉片輪緣包角：cos=360cylt z (3.16)動葉片軸向長度和動導(dǎo)葉間矩

22b) 動葉 c) 導(dǎo)葉圖 3.2 增壓單元實體結(jié)構(gòu)示意該三級氣液混輸泵是由吸入室、動葉輪、復(fù)合導(dǎo)葉、壓出室組成。這些過流件的結(jié)構(gòu)對整機(jī)綜合性能至關(guān)重要。本文通過流線法的設(shè)計思想，利用 Pro/件對三級氣液混輸泵進(jìn)行水體建模，過流部件水體模型的扭曲狀況、光順度以與真實模型的近似程度都會影響到流場數(shù)值模擬的精確度[54]。同時使用該軟件裝配功能將各個過流部件裝配在一起組成一個整體。然后轉(zhuǎn)換成 ICEM 可以接的文件格式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為數(shù)值模擬做好鋪墊。

氣液混輸泵復(fù)合導(dǎo)葉優(yōu)化及內(nèi)部流動特性研究第 4 章 混輸泵數(shù)值模擬與復(fù)合導(dǎo)葉葉片數(shù)優(yōu)化化方案與計算域模型氣混輸泵復(fù)合長短導(dǎo)葉葉片數(shù)的恰當(dāng)選擇是提高多相泵綜合性能的重要此本章內(nèi)容依據(jù)前幾章的理論基礎(chǔ)以及優(yōu)化建模方法，通過三維建模軟建立長導(dǎo)葉葉片數(shù) Z1和短導(dǎo)葉葉片數(shù) Z2分別為 Z1=7，Z2=7；Z1=8，Z2=8Z2=9 等三種方案。導(dǎo)葉翼型選擇 NACA4412 翼型，其他設(shè)計參數(shù)不變使用專業(yè)流場分析軟件 Fluent 在不同工況下進(jìn)行全流場數(shù)值模擬分析。算域模型如下圖 4.1 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2814849