节能高效矿用排水泵流体动力学分析

【摘要】：随着矿用排水泵向节能、高效技术发展,国内少数厂家在结构设计和制造工艺方面对其进行合理的改进,以其能够更好地减少各种水力损失以及泄漏量,使矿用排水系统达到长期节能、高效和可靠运行。本文以某一型号的节能高效矿用排水泵为研究对象,对其进行稳态、瞬态以及优化仿真的模拟实验研究,为改善矿用排水泵的性能提供重要的理论参考,并对工程实践上的优化模型起到重要的指导作用。 本文结合离心泵的流动原理及数值理论,并利用相关软件的求解方法,进行了以下内容研究： (1)以某一型号的节能高效矿用排水泵为研究对象,结合数值理论和流动原理,选用了求解整机三级流道模型的最优数值解法。 (2)根据节能高效矿用排水泵过流部件的主要性能参数,对进水段、首级叶轮、首级导叶、次级叶轮、末级导叶、出水段进行水力设计,并使用Solidwoks软件建立节能高效矿用排水泵的整机三级全流道模型。然后在Workbench软件提供的Fluid flow-meshing平台上对整个离散域模型进行网格划分。 (3)使用CFX软件对整机计算域模型进行稳态模拟,取得了不同工况下流场模拟特性参数,并得到了叶轮、导叶、整级以及整机的速度分布和压力分布。然后对整机模型进行设计工况下的瞬态模拟,得到了具有周期稳定和瞬时效应同在的速度和压力变化规律。 (4)通过模拟预测的节能高效矿用排水泵外特性曲线,较好的反映出了通过实验得到的外特性曲线变化趋势,从而验证了预测流场的可靠性,并且分析了预测曲线产生误差的原因。 (5)针对非设计工况下叶轮中的两个回流区现象,提出了在叶轮进口背面处锉削和叶轮出口靠后盖板轮毂处开缝的措施,从而减轻了叶轮内回流现象,为矿用排水泵优化设计提供参考。 【关键词】：矿用多级泵 数值模拟 实验验证 优化仿真
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD442.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 节能高效矿用排水泵的研究背景10
• 1.2 节能高效矿用排水泵阐述10-12
• 1.2.1 节能高效矿用排水泵的结构设计10-11
• 1.2.2 节能高效矿用排水泵的先进制造工艺11-12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.4 节能高效矿用排水泵的研究意义13
• 1.5 研究内容流程13-14
• 本章小结14-15
• 第二章 节能高效矿用排水泵的数值理论15-28
• 2.1 计算流体动力学原理15
• 2.2 流体四大控制方程15-17
• 2.3 湍流理论、方程及模型17-22
• 2.3.1 湍流理论17-18
• 2.3.2 湍流下的时均控制方程18-19
• 2.3.3 湍流数值模型19-22
• 2.4 壁面函数理论22-25
• 2.4.1 升级壁面函数23-24
• 2.4.2 自动壁面函数24-25
• 2.5 计算区域离散化25-27
• 2.5.1 离散方法25
• 2.5.2 稳态空间域离散25-26
• 2.5.3 瞬态时间域离散26-27
• 2.6 压力修正法27
• 本章小结27-28
• 第三章 节能高效矿用排水泵三级流道的模型建立及网格生成28-42
• 3.1 整机三级流道模型的建立28-35
• 3.1.1 首级叶轮和次级叶轮模型的构建29-31
• 3.1.2 首级导叶和末级导叶模型的构建31-34
• 3.1.3 整机三级流道模型的组装34-35
• 3.2 矿用排水泵整机计算区域网格的生成35-41
• 3.2.1 网格生成方法35
• 3.2.2 网格划分平台35-37
• 3.2.3 计算区域网格生成37-41
• 本章小结41-42
• 第四章 节能高效矿用排水泵整机三级流道的数值模拟42-73
• 4.1 CFX中的求解方式42-44
• 4.1.1 静止区域和运动区域42
• 4.1.2 边界条件42-44
• 4.2 整机三级流场模拟求解设定44-50
• 4.2.1 流场稳态模拟求解设定44-47
• 4.2.2 流场瞬态模拟求解设定47-50
• 4.3 整机内部流场的稳态模拟分析50-65
• 4.3.1 整机模拟性能参数50-51
• 4.3.2 整机压力分布和速度分布51-65
• 4.4 整机内部流场的瞬态模拟分析65-72
• 本章小结72-73
• 第五章 节能高效矿用排水泵的性能验证及优化仿真73-80
• 5.1 性能验证及结果分析73-76
• 5.2 消除叶轮回流的优化仿真76-79
• 5.2.1 非设计工况下的叶轮内回流区76-77
• 5.2.2 非设计工况下的优化模拟验证77-79
• 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 结论80-81
• 展望81-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86

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