本文關(guān)鍵詞：立式軸流泵進(jìn)水偏轉(zhuǎn)的數(shù)值模擬與V3V測試

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【摘要】：立式軸流泵作為一種成熟的泵型已在數(shù)百座大型泵站中得到了廣泛應(yīng)用。立式軸流泵裝置具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、安裝檢修方便和投資省、維護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn),并且在設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行、管理等方面已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。軸流泵葉輪進(jìn)口水流流態(tài)對大型低揚(yáng)程泵站的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行具有很大影響。側(cè)向進(jìn)水等非對稱布置進(jìn)口形式,會(huì)引起水泵進(jìn)口水流偏轉(zhuǎn)和喇叭管內(nèi)產(chǎn)生回流及旋渦等不良流態(tài),改變水泵的進(jìn)水條件,惡化水泵的能量特性和汽蝕特性。過去對軸流泵裝置進(jìn)口水流偏流問題已經(jīng)做了一些研究,但研究并不深入,或研究手段單一,并不能很好地揭示軸流泵進(jìn)口旋渦的產(chǎn)生機(jī)理及發(fā)展規(guī)律。對軸流泵進(jìn)水部分流態(tài)的深入研究不僅具有重要理論意義,同時(shí)也具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文采用數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究手段對立式軸流泵裝置進(jìn)口水流流動(dòng)特性進(jìn)行研究,特別是針對對喇叭管內(nèi)部旋渦的產(chǎn)生機(jī)理及發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析。首先,對軸流泵裝置進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較不同的進(jìn)水條件下泵裝置內(nèi)部流動(dòng)特性,重點(diǎn)分析喇叭管內(nèi)部水流流動(dòng)特性。然后以軸流泵試驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ),對該泵裝置進(jìn)行性能預(yù)測和試驗(yàn)驗(yàn)證。并采用國際先進(jìn)的V3V非接觸性體三維測量技術(shù)對軸流泵裝置進(jìn)口喇叭管內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行流場測量,并將測量結(jié)果與數(shù)值計(jì)算分析得出結(jié)果進(jìn)行對比分析。根據(jù)性能預(yù)測結(jié)果,無偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下進(jìn)水流態(tài)較好,裝置效率最高,達(dá)到74.57%,正向偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件與逆向偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下進(jìn)水流態(tài)較差,裝置效率略低,分別為73.39%和73.66%；該立式軸流泵裝置的最高效率為74.57%,此時(shí)流量為32L/s,揚(yáng)程2.21m；根據(jù)外特性試驗(yàn)結(jié)果,該立式軸流泵裝置最高效率約為74.51%,此時(shí)流量為33.49L/s,揚(yáng)程為2.12m。數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)接近。無偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下水流由進(jìn)口平順地流向喇叭管方向,在進(jìn)水池內(nèi)有兩處明顯沿水流方向即沿進(jìn)水池中軸線對稱的回流區(qū)域。有偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下在運(yùn)行工況范圍內(nèi)會(huì)在進(jìn)水池內(nèi)產(chǎn)生表面旋渦,在喇叭管下方位置產(chǎn)生附底渦,在進(jìn)水池后壁處產(chǎn)生附壁渦。表面旋渦隨水流延伸至葉輪室,對水泵運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。隨流量的增大,喇叭管附近的表面渦逐漸延伸至喇叭管內(nèi)部與喇叭管內(nèi)的附底渦匯合增強(qiáng)旋渦,隨水流流入葉輪室,引起機(jī)組振動(dòng),降低泵裝置效率。無偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下的軸向速度分布均勻度和速度加權(quán)平均角明顯優(yōu)于有偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件,無偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下的水流流態(tài)優(yōu)于有偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下的水流流態(tài),帶有切向分速度的水流流入葉輪室,會(huì)對水泵運(yùn)行產(chǎn)生不利影響；有偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下喇叭管內(nèi)部出現(xiàn)小范圍旋渦及回流,渦管位置由喇叭管進(jìn)口斷面至葉輪室進(jìn)口斷面隨流程的增加,呈現(xiàn)與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的偏移；通過對渦核附近的環(huán)量分析,發(fā)現(xiàn)同一水平斷面的環(huán)量值隨著渦核半徑的增加而增加,同一渦核半徑下的環(huán)量值隨著旋渦的發(fā)展而逐漸增大。V3V測試結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果相近,發(fā)現(xiàn)喇叭管內(nèi)的旋渦是導(dǎo)致泵裝置運(yùn)行效率降低的重要因素,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：軸流泵 進(jìn)水池 喇叭管 數(shù)值模擬 體三維測量 水流偏轉(zhuǎn) 旋渦 環(huán)量
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV675
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 符號(hào)說明10-12
• 1 緒論12-17
• 1.1 論文選題的背景和意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 數(shù)值模擬方面13-14
• 1.2.2 實(shí)驗(yàn)研究方面14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 2 紊流數(shù)值模擬控制方程及模擬方法17-23
• 2.1 紊流數(shù)值模擬控制方程17
• 2.2 紊流數(shù)值模擬方法17-18
• 2.3 紊流模型18-20
• 2.4 控制方程的離散化方法20-21
• 2.5 水力性能計(jì)算21-23
• 3 立式軸流泵裝置幾何造型及網(wǎng)格剖分23-28
• 3.1 泵裝置幾何造型23-24
• 3.2 網(wǎng)格剖分24-25
• 3.3 計(jì)算參數(shù)設(shè)置25-26
• 3.3.1 計(jì)算參數(shù)25
• 3.3.2 邊界條件25-26
• 3.4 收斂精度26-28
• 4 立式軸流泵裝置內(nèi)部流動(dòng)數(shù)值模擬結(jié)果分析28-48
• 4.1 進(jìn)水池內(nèi)部流動(dòng)特性分析28-30
• 4.2 偏轉(zhuǎn)進(jìn)水條件下進(jìn)水池內(nèi)部旋渦分布30-31
• 4.3 喇叭管內(nèi)部流動(dòng)特性分析31-37
• 4.4 葉輪內(nèi)部流動(dòng)特性分析37-45
• 4.5 葉輪進(jìn)口斷面流速分布45-48
• 5 V3V系統(tǒng)概述48-54
• 5.1 V3V系統(tǒng)組成48-50
• 5.2 V3V系統(tǒng)原理50-51
• 5.3 V3V系統(tǒng)標(biāo)定及測試方法51-53
• 5.4 V3V系統(tǒng)測量精度53-54
• 6 喇叭管內(nèi)部流場V3V測試54-63
• 6.1 開敞式進(jìn)水池表面旋渦觀測54-55
• 6.2 喇叭管內(nèi)部流場測試區(qū)域55-56
• 6.3 測試結(jié)果56-59
• 6.4 渦核附近流速分布59-60
• 6.5 渦核附近環(huán)量分布60-61
• 6.6 測試誤差61-63
• 7 泵裝置外特性預(yù)測與試驗(yàn)驗(yàn)證63-71
• 7.1 泵裝置外特性預(yù)測及分析63-64
• 7.2 泵裝置外特性試驗(yàn)64-69
• 7.2.1 立式軸流泵試驗(yàn)裝置64-65
• 7.2.2 測試儀器65-66
• 7.2.3 軸流泵外特性試驗(yàn)原理66-67
• 7.2.4 測試結(jié)果67-69
• 7.3 數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)外特性對比69-71
• 8 結(jié)論與展望71-73
• 8.1 結(jié)論71-72
• 8.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 附表Ⅰ76-78
• 附表Ⅱ78-79
• 附表Ⅲ79-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的相關(guān)科研成果83-84

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