许旭东[1]2009年在《高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统的研究》文中研究说明随着电子计算机的广泛应用,计算机辅助设计(CAD)技术在国内外均得到了长足发展。采用先进的CAD技术,不仅保证了产品的设计质量,而且大大缩短了设计周期,提高了设计能力,实现了设计方案的最优化。目前CAD技术在各个领域都得到了广泛的应用,在泵的制造业中亦得到了充分的认可。我国的水泵CAD技术虽然也取得了一定的发展,但由于起步较晚,总的应用水平还比较低,特别是对高比转数混流泵的研究还不够深入。本文结合目前混流泵研究的优秀成果,利用Visual Basic程序语言以AutoCAD为图形支撑平台进行二次开发,在Windows环境下研发了一套适用于高比转数可调节混流泵叶轮水力设计的CAD系统,基本实现了混流泵的计算机辅助设计。系统设计采用了面向对象的设计思想,采用直观、简洁的标准人机对话界面,便于用户使用,大大提高了水力设计的效率。综合混流泵一元理论的设计经验,绘制叶轮轴面投影图,通过调整叶轮轴面形状参数(前盖板圆弧、后盖板圆弧、进出口边等);在绘制流线时,基于Ω3 =0的二元理论,采用流线迭代法求解叶轮的轴面流动,用样条函数拟合流线,以流线变化光顺为目标,调整流线形状参数(叶片进出口角、进出口边、Vu r的分布等);采用逐点积分法进行叶片绘形;在轴面上进行叶片加厚并在平面投影图上进行叶片头尾修圆;最终生成了叶片表面各离散点三维坐标。通过CFD建模计算,预测水泵性能,验证程序的可靠性。讨论了轮毂比大小、速度矩分布、叶片进出口边位置等设计参数对设计结果的影响,为今后进一步完善和优化混流泵设计奠定了一定的基础。
钟丽莉[2]2000年在《混流泵水力设计CAD系统的研究》文中进行了进一步梳理结合混流泵方面的最新研究成果，利用AutoCAD的C/C++二次开发环境——Object ARX，建立了混流泵水力设计CAD系统的数学模型，形成了混流泵水力设计CAD软件系统的框架。所编制的MPCAD软件，将混流泵的水力计算部分和绘图部分融为一体，初步实现了混流泵的计算机辅助设计。 在计算出叶轮的主要几何参数后，可通过交互方式确定出叶轮轴面图和轴面图上内切圆圆心的坐标。利用一元理论的设计思想，确定二元理论的初始流线。利用Object ARX开发环境提供的强大功能，可自动生成由流线和与之准正交的等势线所构成的二元流网。决定叶片载荷分布的速度矩可由用户以多种方式来给定。利用AutoCAD的内在图形编辑机制与C/C++语言的计算功能，编制了相应的处理函数，可自动生成与给定本模截面相对应的平面剪裁图和轴面截线图。蜗壳断面图的设计只需要用户输入简单数据便可自动生成。在AutoCAD原有尺寸标注功能的基础上，开发了智能化的尺寸标注模块，从而能够在不需用户干预的情况下自动在合理位置标注有关尺寸。为了用户使用方便，还开发了一系列辅助工具，如图纸格式设置、设计文档生成与阅读等。 在计算与绘图过程中，采取自动实现与交互式输入相结合的方法，使系统兼顾设计人员经验的同时，又考虑系统的自动完成工作的能力。 本研究成果为今后更加深入地开展混流泵CAD的研究奠定了基础。对其它型式的水泵以及水轮机的CAD研究均有较大参考价值。
施伟[3]2015年在《大型低扬程泵优化设计及内部流动特性研究》文中研究说明能源问题是当今全球普遍关注的问题,也是发展国民经济,改善国民生活水平的重要物质基础。据不完全统计,泵的耗电量约占全国总发电量的17%。因此提高泵的设计水平对构建环境友好型,资源节约型社会的作用显著。低扬程泵站在长江中下游平原、黄淮海平原、东北平原和珠江三角洲等经济发达地区的水资源调配、水环境改善、城市防洪和灌溉排水等领域应用广泛,对提高防御自然灾害的能力、促进我国社会经济的快速和可持续发展发挥了重要作用。我国低扬程泵站的总量及规模居世界第一,每年消耗的电能相当可观。在能源日益紧张的今天,进一步提高低扬程泵装置的效率对降低泵站运行成本和节能减排具有十分重要的意义。大型低扬程立式泵相对于其它类型的泵有如下优点：1)叶轮淹没在水里,有利于保证不发生空化；2)启动时不必灌引水(排气),上水快,有利于实现自动运行；3)占地面积小。虽然离心泵的水力性能好,但结构复杂。因此除在各个泵站应用于生产外,轴流泵和混流泵也广泛应用于经济社会各个领域中。轴流泵的叶间匹配问题严重影响到泵的性能,应进一步通过研究轴流泵导叶体与叶轮的流场优化匹配来提高泵的性能,但从水泵的平稳运行、空化以及效率等不同方面综合考虑,轴流泵的高效区不够宽广,不能适用于扬程变化较大的场合。相对于轴流泵,混流泵不仅高效区较宽,并且具有流量、扬程变化范围大,运行稳定等特点,是一种较为理想的泵型。本文采用理论分析、数值模拟计算以及模型试验等方法研究了低扬程轴流的导叶体与叶轮的流场优化匹配问题,同时也优化设计出了一台高比转数双蜗壳式混流泵,并对混流泵模型进行了非定常压力脉动特性研究、流动诱导噪声分析以及空化特性预测。本文的主要研究工作及创新性成果有：1、提出并解决了轴流泵导叶体与叶轮的流场优化匹配问题,创造性地将导叶体的导叶片分为进口段、中段和出口段3个部分,中段和出口段固定,起到固定支撑水泵导轴承座的作用。2、首次提出轴流泵导叶片进口段进口角度可调,实现与叶轮叶片出口水流流场的匹配,以减小导叶进口在非设计工况下的冲击损失；研究了轴流泵导叶片进口角度对泵装置水力性能的影响规律。导叶片进口角度的改变影响到导叶体内的流态及其水力损失,从而影响到泵装置的能量性能；在轴流泵导叶片原设计进口角度的基础上,沿顺时针方向旋转适当角度,可扩大低扬程泵装置高效运行的范围,显著提高偏离设计工况点的低扬程、大流量区的效率。3、首次开发了一台高性能的双蜗壳混流泵水力模型。通过对优化前后的混流泵模型进行数值模拟,结果表明最终所采用的双蜗壳结构的混流泵其内部流态优于优化前的单蜗壳结构的混流泵,并且双蜗壳混流泵的径向力也比单蜗壳的小,这也说明相对单蜗壳结构,优化后的双蜗壳混流泵水力模型具有一定的优越性。然后将双蜗壳混流泵模型加工成实体,进行外特性试验,试验结果与数值模拟的结果吻合程度较高,表明本文在优化过程中采用的数值计算方法的准确性,为双蜗壳混流泵的非定常压力脉动特性研究、流动诱导噪声分析以及空化特性预测提供了技术支撑。4、首次对混流泵内部在不同工况下的压力脉动特性进行了研究。对混流泵在不同工况下分别进行了非定常数值计算,分析了混流泵内部不同位置监测点的压力脉动特性,研究表明：混流泵叶轮进出口压力脉动幅值均是沿着轮毂到轮缘呈逐渐递增的趋势,对于轮缘部位进行优化是改善混流泵内压力脉动的关键；混流泵的进口压力脉动幅度最大,进口部位是影响机组稳定运行的关键,在混流泵水力设计过程中应予以重视；叶轮出口和蜗壳隔舌处压力脉动最大。沿着蜗壳周向,蜗壳隔舌处由于受到蜗壳和叶轮的动静干涉作用,此处压力脉动最大,随着监测点远离隔舌,各点的压力脉动逐渐减小,受动静干涉的影响也逐步减弱；蜗壳内侧流道的压力脉动幅度高于外侧；不同工况下,混流泵各处的压力脉动主频均为叶频,大流量工况下各监测点压力脉动幅值较小；叶轮出口处以及蜗壳隔舌处由于受到动静干涉作用,其压力脉动频域特性比较复杂,相对于其它部位,这两处压力脉动高频成分比较明显。5、首次采用基于CFD/CA的方法对混流泵在不同工况下由叶片旋转偶极子源作用的噪声进行了研究。结果表明：混流泵叶轮和蜗壳隔舌部位的动静干涉作用是混流泵流动诱导噪声的主要来源；压力脉动的主频与外场噪声的主频并不一致,压力脉动的主频对于噪声的辐射水平有影响但不能直接决定其大小,混流泵的结构振动模态对于噪声辐射水平也起着关键作用,尤其是当泵体的固有频率与压力脉动主频相接近时,容易引起共振,会导致外场噪声辐射值的明显增加；流量对于噪声的指向性几乎无影响,但是对于噪声的辐射能力影响比较明显,小流量工况下(0.8 Qd)噪声辐射能力最强,设计工况(Qd)次之,大流量工况下(1.29)噪声辐射能力最弱,这与非定常压力脉动研究所得到的随着流量的增大,压力脉动幅值逐渐减小的结论相吻合,说明不同工况下压力脉动的幅值对噪声的辐射水平有着直接的影响,这对研究混流泵内部压力脉动对于流动噪声影响的研究具有参考作用。6、研究了空化工况下混流泵扬程下降的机理,获得了混流泵叶轮内的空化现象初步规律。对泵空化的基本参数以及空化余量的测量作了分析,然后通过CFD技术对混流泵的模型进行了空化特性预测,初步揭示了空化工况下混流泵扬程下降的机理：混流泵叶轮内的空化现象最初发生在叶轮流道进口处偏向轮缘一侧,随着空化余量的降低,叶片背面靠近轮缘处开始出现空化,该空化区域从轮缘向轮毂方向延伸,并且逐渐向叶片中部扩散,在空化严重时,空化会对叶轮流道流体的正常流动造成堵塞,导致混流泵扬程的下降。
马生麒[4]2013年在《导叶式混流泵静态水阻分析》文中研究指明混流泵在给流体传递能量的过程中会不可避免产生损失,因此,在特殊应用环境下,除了要求混流泵在动态时有较高的效率外,还要求在静态时混流泵的水阻系数越小越好。本文以比转速约为500的某导叶式混流泵为研究对象,基于CFD软件FLUENT,对过流通道建立相对坐标系下的时均连续性方程以及N-S方程,选用标准K-ε湍流模型、非结构四面体网格和SIMPLEC算法,在静态时模拟混流泵内部流场流动状况及水阻系数变化规律。研究了叶轮在不同停机位置,即叶轮叶片出口边和导叶入口边在不同夹角时的内部流动规律,分析了相应的静态水阻系数变化规律。并应用工程流体力学原理将混流泵过流通道简化为普通水力管路,用现有水力管路计算摩擦损失的公式来计算泵内水阻系数,试图找出便于进行混流泵优化设计的静态水阻系数与泵几何参数直数学表达式。研究表明：1.当混流泵处于静态即停机状态,叶轮叶片出口边与导叶叶片入口边夹角为22.5度时,其静态水阻系数最小。2.不同工况下对泵内流场进行CFD分析,发现静态时的泵内的静压分布和绝对速度分布与动态时的不一样。静态时,流道内的局部阻力系数不随流量或雷诺数的变化而变化,只与过流通道几何尺寸有关,并且其水力损失主要发生在叶轮和导叶体两部分。当叶轮叶片出口边与导叶叶片入口边夹角为22.5度时,在十五个计算工况下泵的平均总水阻系数为29.46,叶轮平均水阻系数为19.35,导叶平均水阻系数为16.23,其上下浮动值为2.3%。3.依据流体力学原理,将混流泵叶轮流道简化成空间弯管,用现有的局部阻力系数计算公式计算其水阻系数,发现其计算结果与数值模拟结果相差较大,应根据试验值增加其系数大小。这也说明泵体内的流动不是简单的管路流动,其流动机理的复杂性与公式的前提假设不一致,需要对其进行修正。4.将混流泵导叶流道简化提出两个方案,发现方案一的计算结果和数值模拟计算结果接近,而方案二的计算结果与数值模拟计算结果相差较大。所以,不能分别对导叶流道和出水管流道计算其水阻,只有将两者综合考虑,才能更接近于导叶体内的真实流动。
孙莎莎[5]2014年在《导叶式混流泵叶片与转轮室间隙变化对运行性能影响的研究》文中研究说明泵是一种种类多且应用广的通用机械,提高泵的运行性能是一件非常有意义的工作。由于导叶式混流泵占地少、外径小、易启动,结构简单,高效区宽并且效率高,性能结构介于离心泵和轴流泵之间,在补偿两者缺点同时具有两者优点,在给排水行业中和建筑设备中应用很广,所以研究导叶式混流泵如何高效稳定安全运行很有必要。泵内存在的各种间隙是产生泄露损失并且影响混流泵各项运行性能的重要原因之一,不合理的间隙值将会造成不必要的泄漏损失及液体内部的漩涡流动等,进而影响到其运行性能。本文将研究导叶式混流泵叶片与转轮室间隙变化对运行性能的影响。本文设计了导叶式混流泵模型试验方案,进行了模型安装和传感器布置。首先测试了导叶式混流泵在间隙值为0.15mmm时的效率、汽蚀和压力脉动性能,然后通过调整轴承组件位置来改变叶片外缘与转轮室之间的间隙,在间隙为0.25mmm和0.3mm的情况下进行效率性能试验。变间隙的效率性能试验的结果表明：在设计工况点Q’=354.31/s处,间隙为0.15mm时的效率值为83.74%,扬程为7.955m,轴功率为32.73kW；间隙为0.25mm时的效率为83.13%,扬程为7.907m,轴功率为32.35kW；间隙为0.3mm时的效率为82.49%,扬程为7.849,轴功率为32.11kW。由变叶片外缘间隙试验结果可看出,随着混流泵叶片外缘与转轮室间隙变大,混流泵的效率性能越差。在模型实物和模型试验的基础上,对导叶式混流泵的间隙变化进行数值模拟分析。首先用Pro/E进行物理三维模型的建立,然后用ANSYS ICEM CFD对三维模型进行网格划分,之后使用ANSYS FLUENT对模型进行求解分析。选择设计工况点354.31/s对0.15mm、0.25mm和0.3mm三个间隙进行了效率性能模拟,对0.15mm和0.25mm进行了汽蚀性能和压力脉动性能模拟。模拟结果同样表明：在间隙值为0.15mm的时候,混流泵的运行效率最高,汽蚀性能和稳定性也最好。
郭瑞[6]2008年在《混流泵出口环量及其对出水管道水力特性影响的研究》文中研究表明20世纪60年代以来,我国泵站工程获得了迅猛发展,多年来在抗洪除涝、抗旱灌溉、调水供水等方面发挥了重要作用。提高整个水泵装置的效率是泵站改造关键技术,水泵出水管路的水力损失大小是衡量整个水泵装置的效率的一个重要因素。本文主要研究混流泵出口环量对泵出水管道水力特性的影响。因为水泵出口环量的存在,使得管路中的水流流态变得更加复杂,增加了管道中的水力损失从而降低了水泵的装置性能。本文以4HBC-35蜗壳式混流泵的出水管路为研究对象,设计了试验装置并进行了泵装置性能的测试和不同工况下试验管路的水力损失测试;采用五孔探针测试系统测试了试验管路不同工况、不同断面的环量分布。对水泵出口的流速分布测试数据进行简化,作为数值模拟计算时的进口边界条件,采用ICEM软件完成了出水管路三维实体造型,采用结构化网格、非结构化网格及网格局部加密技术对实体进行了较高精度和较高质量的网格剖分,基于CFX软件应用重整化群(RNG)紊流模型对出水管路进行了数值模拟计算,获得了流速、压力、水力损失等数据。将试验结果和数值模拟的结果进行了比较,得出在有环量情况下将增加管道的水力损失的结论,针对蜗壳式混流泵出口流速的分布特点,通过三维数值模拟,以管道的压力损失系数为指标,分析了不同长度、不同高度的导流栅对整流效果的影响。
柏宇星, 刘莹莹, 孔繁余, 夏斌, 戴韬[7]2019年在《叶轮外径对混流泵作透平性能的影响》文中进行了进一步梳理为了研究混流泵作透平工况下,叶轮外径对性能的影响,以混流泵为模型,通过试验验证了CFD方法的有效性.基于BladeGen设计了160,170,180 mm这3种叶轮外径的混流泵水力模型,并通过数值分析研究了3种叶轮外径下,混流泵作透平工况下的外特性,水力损失分布及内部流场分布.结果表明:随着叶轮外径的不断增大,混流泵作透平的高效点逐渐向大流量区域移动,高效点的扬程、轴功率及效率都随之增加;大流量区域内,扬程迅速降低,轴功率下降变缓,效率有所上升;总水力损失与叶轮部分的水力损失显著减少;蜗壳部分的水力损失变化不明显;叶轮入口处的旋涡区域逐渐减小,蜗壳出口与叶轮入口之间存在的间隙流体逐渐减小,从而引起该部分水力损失逐渐减小,压力分布更加均匀.
参考文献：
[1]. 高比转数混流泵叶轮水力设计CAD系统的研究[D]. 许旭东. 扬州大学. 2009
[2]. 混流泵水力设计CAD系统的研究[D]. 钟丽莉. 中国农业大学. 2000
[3]. 大型低扬程泵优化设计及内部流动特性研究[D]. 施伟. 江苏大学. 2015
[4]. 导叶式混流泵静态水阻分析[D]. 马生麒. 兰州理工大学. 2013
[5]. 导叶式混流泵叶片与转轮室间隙变化对运行性能影响的研究[D]. 孙莎莎. 昆明理工大学. 2014
[6]. 混流泵出口环量及其对出水管道水力特性影响的研究[D]. 郭瑞. 扬州大学. 2008
[7]. 叶轮外径对混流泵作透平性能的影响[J]. 柏宇星, 刘莹莹, 孔繁余, 夏斌, 戴韬. 排灌机械工程学报. 2019
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