沖壓式多級(jí)離心泵內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值模擬及水力性能研究

沖壓式多級(jí)離心泵由于采用沖壓焊接工藝制造,外型美觀、重量輕,比傳統(tǒng)的鑄造多級(jí)離心泵節(jié)能、節(jié)材、和環(huán)保;還有效地解決了低比轉(zhuǎn)速及超低比轉(zhuǎn)速離心泵在鑄造工藝中無法實(shí)現(xiàn)的難題;極易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化;除此之外,在水力性能方面沖壓式多級(jí)離心泵也優(yōu)于鑄造多級(jí)離心泵。由于目前還沒有對(duì)沖壓式多級(jí)離心泵整級(jí)的研究,因此本文的研究對(duì)改善沖壓式多級(jí)離心泵的性能具有重要的意義。 本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,不僅通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到了DL16沖壓式多級(jí)離心泵的外特性參數(shù),還利用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,確認(rèn)了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。 本文得到的結(jié)論如下所示: （1）綜述了沖壓式多級(jí)離心泵工作原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,介紹了商用CFD軟件的發(fā)展,從控制方程、湍流模型、離散化方法和邊界條件等多方面詳細(xì)介紹了湍流流動(dòng)數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)。通過對(duì)各種模型的分析,確定適用于沖壓式多級(jí)離心泵的數(shù)學(xué)模型,給出用于沖壓式多級(jí)離心泵模擬的基礎(chǔ)方程、算法及求解方式。 （2）對(duì)沖壓式多級(jí)離心泵的葉輪、導(dǎo)葉和泵殼的主要參數(shù)進(jìn)行水力設(shè)計(jì),并建立三維模型。使用ICEM軟件對(duì)各部分流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。利用CFX軟件對(duì)沖壓式多級(jí)離心泵的內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。在穩(wěn)態(tài)下對(duì)不同工況的沖壓式多級(jí)離心泵內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬,得到壓力分布和速度分布;在瞬態(tài)下對(duì)工況下的沖壓式多級(jí)離心泵內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬,得到六個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的壓力和速度變化情況,并對(duì)第五個(gè)周期內(nèi)的六個(gè)時(shí)刻進(jìn)行分析,得出了葉輪進(jìn)出口總壓、速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。 （3）通過實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)沖壓式多級(jí)離心泵的外特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,并和數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)曲線進(jìn)行比較,分析預(yù)測(cè)曲線隨流量的變化趨勢(shì),誤差形成的原因,為沖壓式多級(jí)離心泵的性能改善提供依據(jù)。 （4）對(duì)沖壓式多級(jí)離心泵在不同湍流模型下的外特性參數(shù)進(jìn)行了比較,分析得出了的湍流模型。

離心泵是流動(dòng)介質(zhì)（氣體和液體，也可以是懸浮顆粒與氣體或液體的混合物）從葉片轉(zhuǎn)軸根部（進(jìn)口）進(jìn)入，介質(zhì)依靠高速轉(zhuǎn)動(dòng)葉片獲得離心力，產(chǎn)生一個(gè)高壓，從泄壓口（出口）流出的介質(zhì)輸送設(shè)備。多級(jí)離心泵是將具有同樣功能的兩個(gè)以上的泵集合在一起，流體通道結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)在*級(jí)的介質(zhì)泄壓口與第二級(jí)的進(jìn)口相通，第二級(jí)的介質(zhì)泄壓口與第三級(jí)的進(jìn)口相通，如此串聯(lián)的機(jī)構(gòu)形成了多級(jí)離心泵。多級(jí)離心泵的意義在于提高設(shè)定壓力。