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离心油泵粘油流动与性能的数值计算

专 业: 流体机械及工程
关键词: 离心油泵 叶轮 叶栅 性能 水力损失 粘度
分类号: TH311
形 态: 共 89 页 约 58,295 个字 约 2.788 M内容
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内容摘要


本文研究课题为兰州理工大学2002年学术梯队及特色研究方向资助项目的的一部分。

离心油泵在我国石油、石油化工流程中广泛应用。

离心油泵的性能计算和内部粘油流动特性的掌握对提高泵水力设计水平和性能优化有着重要工程实际意义和学术价值。

但是目前针对离心油泵性能和内部粘油流动的数值计算研究还比较少。

作为尝试,本文利用CFD软件FLUENT6.1对一台用于LDV流动测量实验的全离心油泵内部三维粘性流场进行了数值计算。

计算中,分别改变工况和粘度。

为了掌握和验证FLUENT计算精度,对二维静止叶栅、旋转的矩形扩散流道、带吸入管的实验离心泵叶轮内部三维粘性流动分别进行了计算,得到了流动分离、壁面剪切应力、二次流、射流-尾流和水力损失等信息,分别将叶轮扬程系数、叶片压力系数与相应的试验数据进行了对比分析。

研究表明:1应用标准k-ε紊流模型计算叶栅流动时,网格数目对计算结果有影响,收敛残差大小对结果没有影响;压力系数平均相对误差约为15%。

2计算得到的旋转扩散矩形流道内的相对速度剖面演化规律与试验结果基本吻合,得出的射流—尾流结构、不同断面内二次流的变化规律以及工况对它们的影响均与试验结果较为吻合。

3计算的离心泵叶轮扬程系数与试验结果的相对误差小于6%,计算的叶片表面压力系数的分布与实验数据十分吻合;叶轮内部的水力损失是主要的,进口管内部的水力损失是次要的,且叶轮内部的水力损失随流量变化规律与进口管水力损失随流量变化明显不同。

4在轴面内,在前盖板转弯处,存在高速区、低总压、低静压区;在后盖板处,存在低速区、高总压、高静压区。

在轴垂面内,叶片之间的低速区和高压区都在叶片的工作面,高速区和低压区都在叶片的背面。

随着流量的减小,低速区范围扩大,高速区范围缩小。

叶轮扬程的提高主要靠叶片压力面相对速度的降低造成的。

5在设计工况,水力损失主要发生在叶片工作面、叶片尾部和前盖板内表面;在小流量工况下,水力损失主要发生在叶片背面、叶片头部和前盖板内表面。

6得出的离心油泵性能曲线的变化规律与试验结果是一致的,最大相对误差是为6.67%,最小为3.4%。

7当泵进口处的雷诺数小于2300以后,离心油泵叶轮内部的流态更接近层流..……

全文目录


摘要
第一章 绪论
1.1 CFD与离心泵叶轮内部流动研究
1.1.1 CFD概述
1.1.2 CFD相关软件
1.1.3 CFD在离心泵叶轮内部流动研究中的应用
1.2 CFD在离心油泵研究中存在的问题
1.3 本文的主要工作
1.4 研究的目的及意义
第二章 FLUENT计算旋转部件流动的原理与方法
2.1 概述
2.2 流体运动控制方程
2.2.1 连续方程
2.2.2 动量方程
2.3 紊流模型
2.3.1 Spalart-Allmaras模型
2.3.2 k-ε紊流模型
2.3.3 k-ω紊流模型
2.3.4 大涡模拟模型
2.3.5 紊流模型的选择
2.4 方程离散与计算方法
2.4.1 方程的离散
2.4.2 计算方法
2.5 动静过流部件流动耦合方法
2.5.1 多参考系MRF法
2.5.2 混合平面法
2.5.3 滑移面法
2.6 计算步骤
2.7 收敛性检查方法
2.8 小结
第三章 单过流部件流动计算
3.1 概述
3.2 二维叶栅绕流
3.2.1 几何模型与网格
3.2.2 流体物理参数
3.2.3 计算工况
3.2.4 计算模型设置
3.2.5 结果分析与讨论
3.2.5.4 流动的分离
3.3 旋转的矩形断面扩散流道内部流动
3.3.1 几何模型与网格
3.3.2 流体物理参数
3.3.3 计算工况
3.3.4 计算模型设置
3.3.5 结果分析与讨论
3.4 小结
第四章 实验离心泵叶轮内部流动与性能
4.1 概述
4.2 离心泵叶轮计算物理模型
4.2.1 几何模型与网格
4.2.2 流体物理参数
4.2.3 计算工况
4.2.4 流动模型与动静耦合方法
4.3 结果分析与讨论
4.3.1 性能曲线
4.3.2 内部流动
4.3.3 水力损失分析
4.4 小结
第五章 全离心油泵内部流动与性能
5.1 概述
5.2 几何模型与网格
5.2.1 叶轮模型的建立
5.2.2 蜗壳模型和进口管道模型的建立
5.2.3 离心油泵总模型图的建立
5.2.4 计算模型网格的划分
5.3 流体物理参数
5.4 计算工况
5.5 模型的选取、边界条件与动静耦合方法
5.5.1 模型的选取
5.5.2 边界条件
5.5.3 动静耦合方法
5.6 结果分析与讨论
5.6.1 扬程-流量曲线对比
5.6.2 泵内部流态的判断
5.6.3 叶片与蜗壳隔舌的相对位置的影响
5.7 小结
第六章 结论
参考文献

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中图分类: > TH311 > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 泵 > 叶片式泵 > 离心泵

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