一种低比转速离心水泵叶轮的改进设计
发布时间：2023-05-27 00:36
离心泵是一种应用广泛的水力机械,随着科学技术的发展,因工业生产的需要,人们对它提出了更高的技术要求,如无过载、无驼峰、汽蚀性能好等。如按照传统的水力设计方法进行研究开发,已经很难准确高效地设计出满足要求的产品。随着近年来计算流体动力学的不断发展,其对旋转机械内部的三维流动模拟技术已较为成熟,可以将其应用于离心泵的水力设计中。适当地结合一些水力设计的优化方法,如加大流量法、无过载设计、短叶片偏置等,能快速高效地设计出满意的产品,显著提高设计效率。 本文的主要研究工作包括: (1)运用参数化软件Pro/E建立水泵的三维实体模型;研究CFD技术中的有限体积法、网格类型、边界条件等技术; (2)应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)软件Fluent,模拟离心泵的三维流动,对比模拟数据与实验数据,验证模拟结果的正确性; (3)分析传统离心泵水力设计方法及水力设计优化方法,针对某企业的一低比转速离心泵,应用加大流量法及长短叶片结构改进叶轮,并对改进方案做正交模拟试验,分析试验结果,选择了最终优化方案,设计了改进叶轮的结构; (4)最后对优化的叶轮在八个工况点...
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 离心泵概述
1.1.1 离心泵工作原理
1.1.2 离心泵的主要性能参数及性能曲线
1.2 低比转速离心泵的研究现状及发展趋势
1.2.1 离心泵的比转速
1.2.2 低比转速离心泵的研究现状
1.3 离心泵的优化设计方法
1.3.1 传统优化设计方法
1.3.2 试验与模拟相结合的优化设计方法
1.4 项目提出的背景及主要研究内容
1.4.1 项目提出的背景
1.4.2 主要研究内容
第二章 CFD 基础及湍流理论
2.1 CFD 基础及相关软件介绍
2.1.1 CFD 概述
2.1.2 有限体积法
2.1.3 CFD 软件介绍
2.2 控制方程组
2.3 湍流基本理论
2.3.1 湍流的统计平均方法
2.3.2 湍流平均运动的控制方程
2.4 数值模拟方法的分类
2.4.1 直接数值模拟(DNS)
2.4.2 大涡模拟方法(LES)
2.4.3 雷诺平均法（RANS）
2.5 FLUENT 中常用的湍流模型
2.5.1 标准k-ε模型
2.5.2 RNG k-ε模型
2.5.3 Realizable k-ε模型
2.5.4 标准k-ω模型
2.5.5 SST k-ω模型
第三章 利用数值模拟预测水泵性能
3.1 基于Fluent 的数值模拟流程及技术
3.1.1 基于Fluent 的数值模拟流程
3.1.2 FLUENT 的边界条件
3.2 基于 Fluent 的离心水泵流场模拟
3.2.1 离心水泵的三维实体建模
3.2.2 网格划分
3.2.3 边界条件的设置
3.2.4 计算求解
3.2.5 后处理
3.3 模拟结果与实验的比较分析
3.3.1 主要物理量的计算公式
3.3.2 工况点计算实例
3.3.3 结果的比较
第四章 叶轮的改进设计
4.1 改进任务的提出
4.2 叶轮的主要设计参数及其对性能的影响
4.2.1 叶轮的主要设计参数
4.2.2 叶轮参数对性能的影响
4.3 低比转速离心泵常用水力优化设计方法
4.3.1 加大流量设计法
4.3.2 无过载设计法
4.3.3 长短叶片设计法
4.4 叶轮水力优化设计
4.4.1 叶轮结构的优化方案
4.4.2 叶轮主要几何参数的设计
第五章 基于正交试验的叶轮改进方案分析
5.1 离心泵的正交模拟试验的设计
5.2 模拟结果的分析
5.3 最终改进方案的确定
5.3.1 两种改进方案的比较
5.3.2 改进方案与原设计的比较
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
附录
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
本文编号：3823567
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 离心泵概述
1.1.1 离心泵工作原理
1.1.2 离心泵的主要性能参数及性能曲线
1.2 低比转速离心泵的研究现状及发展趋势
1.2.1 离心泵的比转速
1.2.2 低比转速离心泵的研究现状
1.3 离心泵的优化设计方法
1.3.1 传统优化设计方法
1.3.2 试验与模拟相结合的优化设计方法
1.4 项目提出的背景及主要研究内容
1.4.1 项目提出的背景
1.4.2 主要研究内容
第二章 CFD 基础及湍流理论
2.1 CFD 基础及相关软件介绍
2.1.1 CFD 概述
2.1.2 有限体积法
2.1.3 CFD 软件介绍
2.2 控制方程组
2.3 湍流基本理论
2.3.1 湍流的统计平均方法
2.3.2 湍流平均运动的控制方程
2.4 数值模拟方法的分类
2.4.1 直接数值模拟(DNS)
2.4.2 大涡模拟方法(LES)
2.4.3 雷诺平均法（RANS）
2.5 FLUENT 中常用的湍流模型
2.5.1 标准k-ε模型
2.5.2 RNG k-ε模型
2.5.3 Realizable k-ε模型
2.5.4 标准k-ω模型
2.5.5 SST k-ω模型
第三章 利用数值模拟预测水泵性能
3.1 基于Fluent 的数值模拟流程及技术
3.1.1 基于Fluent 的数值模拟流程
3.1.2 FLUENT 的边界条件
3.2 基于 Fluent 的离心水泵流场模拟
3.2.1 离心水泵的三维实体建模
3.2.2 网格划分
3.2.3 边界条件的设置
3.2.4 计算求解
3.2.5 后处理
3.3 模拟结果与实验的比较分析
3.3.1 主要物理量的计算公式
3.3.2 工况点计算实例
3.3.3 结果的比较
第四章 叶轮的改进设计
4.1 改进任务的提出
4.2 叶轮的主要设计参数及其对性能的影响
4.2.1 叶轮的主要设计参数
4.2.2 叶轮参数对性能的影响
4.3 低比转速离心泵常用水力优化设计方法
4.3.1 加大流量设计法
4.3.2 无过载设计法
4.3.3 长短叶片设计法
4.4 叶轮水力优化设计
4.4.1 叶轮结构的优化方案
4.4.2 叶轮主要几何参数的设计
第五章 基于正交试验的叶轮改进方案分析
5.1 离心泵的正交模拟试验的设计
5.2 模拟结果的分析
5.3 最终改进方案的确定
5.3.1 两种改进方案的比较
5.3.2 改进方案与原设计的比较
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
附录
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
本文编号：3823567
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