一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于葉輪機(jī)械領(lǐng)域，涉及離心泵，具體涉及一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離心泵作為當(dāng)代最主要的動(dòng)力裝置之一，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門以及航空航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域。提高離心泵的效率，可以充分利用有限能源，提高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高離心泵的研宄和設(shè)計(jì)水平，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)有重要的影響。葉輪機(jī)械主要是指采用液體作為介質(zhì)的工作機(jī)，主要是離心泵。泵是葉輪機(jī)械的一種，也是應(yīng)用非常廣泛的通用機(jī)械，可以說(shuō)凡是有液體流動(dòng)的領(lǐng)域，就有泵的工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，據(jù)不同國(guó)家統(tǒng)計(jì)，泵的耗電量都約占各國(guó)總發(fā)電量的1/5，可見泵的耗能巨大，因而提高泵技術(shù)水平對(duì)節(jié)約能源具有重要意義。
[0003]離心泵在運(yùn)行過(guò)程中，水流經(jīng)過(guò)入口、葉輪、蝸殼等部件時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦、碰撞、二次流、回流、漩渦等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象。葉輪是離心泵的運(yùn)行中的重要的過(guò)流部件。離心泵的流道為擴(kuò)散通道，擴(kuò)散通道中比較容易形成邊界層分離，且在流道出口部分也較容易出現(xiàn)漩渦、二次流以及射流-尾跡現(xiàn)象。漩渦、二次流以及射流-尾跡現(xiàn)象對(duì)離心泵的性能有著較大的影響，因此改善流道內(nèi)的流動(dòng)情況對(duì)提高離心泵的性能有著較大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有研宄的不足，提供一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法，改進(jìn)后的離心泵在葉片與葉輪附近的流動(dòng)情況得到了明顯的改善。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法；其特征在于包括如下步驟:
步驟(I).模擬離心泵內(nèi)部的流動(dòng)物理參數(shù)；
利用CFD技術(shù)模擬離心泵內(nèi)流體流動(dòng)，得到整個(gè)流場(chǎng)的物理參數(shù)；所述的物理參數(shù)包括水流速度、壓強(qiáng)分布、流線分布以及揚(yáng)程和效率曲線，具體獲取如下:
針對(duì)任一工況條件下的離心泵，采用CFD技術(shù)對(duì)離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，模擬過(guò)程中控制方程采用三維不可壓縮的平均雷諾納維-斯托克斯方程和連續(xù)性方程模擬離心泵內(nèi)的流體流動(dòng)，并利用有限體積法對(duì)控制方程在空間上進(jìn)行離散；時(shí)間推進(jìn)采用半隱式的格式；然后，在計(jì)算域上施加邊界條件，分別在給定的幾何參數(shù)和不同的流動(dòng)條件下，進(jìn)行模擬計(jì)算，并獲得流場(chǎng)物理參數(shù)，包括水流速度、壓強(qiáng)和流線分布；
根據(jù)每一個(gè)工況點(diǎn)的壓強(qiáng)、流量和扭矩，獲取整個(gè)流場(chǎng)的揚(yáng)程和效率曲線。
[0006]步驟(2).通過(guò)獲得的原模型離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)，做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布和流線分布；
步驟(3).計(jì)算獲得改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)；
在步驟(2)相同的工況條件下，對(duì)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并獲得離心泵內(nèi)流體的流動(dòng)物理參數(shù)，最終做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布和流線分布。
[0007]步驟(4).對(duì)比原型離心泵與改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)。
[0008]根據(jù)獲得的兩種葉片與輪盤接觸附近的速度分布圖、壓力分布圖、流線分布圖以及揚(yáng)程和效率曲線，對(duì)比分析各物理參數(shù)的分布；判斷的標(biāo)準(zhǔn)是(I):改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的揚(yáng)程和效率相比原型泵有沒(méi)有提升；(2)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的流線分布有沒(méi)有變得更加均勻；(3)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的壓力分布有沒(méi)有變得更加均勻，逆壓梯度有沒(méi)有減小。
[0009]所述的改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的揚(yáng)程和效率相比原型離心泵的揚(yáng)程和效率沒(méi)有明顯的變化；改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的流線分布相比原型離心泵有所提高；改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的壓力分布相比原型離心泵更加均勻，且逆壓梯度變化也有所減小。
[0010]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明通過(guò)對(duì)離心泵葉片與輪盤的安裝方法進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)后的離心泵在葉片與葉輪附近的流線分布有所提高，壓力分布變得更加均勻，逆壓梯度變化也有所減小，逆壓梯度的減小可以有效的減小橫流和漩渦等流動(dòng)現(xiàn)象，流動(dòng)情況有所改善。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為原型離心泵葉片與葉輪安裝三維圖；
圖2為本發(fā)明改進(jìn)后離心泵葉片與葉輪安裝三維圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法，具體包括如下步驟:
步驟(I).模擬原型離心泵內(nèi)的流動(dòng)物理參數(shù)
如圖1所示，1-1.利用CFD技術(shù)模擬離心泵內(nèi)部流體的流動(dòng)，得到整個(gè)流場(chǎng)的物理參數(shù)；
所述的物理參數(shù)包括水流速度、壓強(qiáng)分布、流線分布以及揚(yáng)程和效率曲線，具體獲取如下:
針對(duì)任一工況條件下的離心泵，采用CFD技術(shù)對(duì)離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬過(guò)程中控制方程采用三維雷諾平均納維-斯托克斯方程和連續(xù)性方程模擬離心泵內(nèi)的流動(dòng)，并利用有限體積法對(duì)非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下的控制方程在空間上進(jìn)行離散；時(shí)間推進(jìn)采用半隱式的格式；然后，在計(jì)算域上施加邊界條件，分別在給定的幾何參數(shù)和不同的流動(dòng)條件下，進(jìn)行模擬計(jì)算，并獲得流場(chǎng)物理參數(shù)，包括水流速度、壓強(qiáng)和流線分布。
[0014]根據(jù)每一個(gè)工況點(diǎn)的壓強(qiáng)、流量、扭矩，獲取整個(gè)流場(chǎng)的揚(yáng)程和效率曲線。
[0015]步驟(2).通過(guò)獲得的原模型離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)，做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布、流線分布具體如下:
2-1.獲得原型離心泵內(nèi)部的流動(dòng)物理參數(shù)，并做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布、流線分布。
[0016]如圖2所示，步驟(3).獲得改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)具體如下:
3-1.在與2-1所述的相同的工況條件下，將葉片和葉輪后蓋板的連接處采用一段光滑的圓弧過(guò)渡，葉輪出口直徑為D1=ATOmm,葉片高度h=80mm，圓角過(guò)渡的半徑R=3.82mm ;對(duì)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并獲得離心泵內(nèi)部的流動(dòng)物理參數(shù)，最終做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布、流線分布。
[0017]步驟(4).對(duì)比原型離心泵與改進(jìn)葉片與葉輪安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)具體如下:
改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的揚(yáng)程和效率相比原型離心泵的揚(yáng)程和效率沒(méi)有明顯的變化；改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的流線分布相比原型離心泵有所提高；改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的壓力分布相比原型離心泵更加均勻，且逆壓梯度變化也有所減小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法；其特征在于包括如下步驟: 步驟(I).模擬離心泵內(nèi)部的流動(dòng)物理參數(shù)； 步驟(2).通過(guò)獲得的原模型離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)，做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布和流線分布； 步驟(3).計(jì)算獲得改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)； 步驟(4).對(duì)比原型離心泵與改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法；其特征在于，所述的模擬離心泵內(nèi)部流體的流動(dòng)物理參數(shù)具體如下: 2-1.利用CFD技術(shù)模擬離心泵內(nèi)流體流動(dòng)，得到整個(gè)流場(chǎng)的物理參數(shù)； 所述的物理參數(shù)包括水流速度、壓強(qiáng)分布、流線分布以及揚(yáng)程和效率曲線，具體獲取如下: 針對(duì)任一工況條件下的離心泵，采用CFD技術(shù)對(duì)離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，模擬過(guò)程中控制方程采用三維不可壓縮的平均雷諾納維-斯托克斯方程和連續(xù)性方程模擬離心泵內(nèi)的流體流動(dòng)，并利用有限體積法對(duì)控制方程在空間上進(jìn)行離散；時(shí)間推進(jìn)采用半隱式的格式；然后，在計(jì)算域上施加邊界條件，分別在給定的幾何參數(shù)和不同的流動(dòng)條件下，進(jìn)行模擬計(jì)算，并獲得流場(chǎng)物理參數(shù)，包括水流速度、壓強(qiáng)和流線分布； 根據(jù)每一個(gè)工況點(diǎn)的壓強(qiáng)、流量、扭矩，獲取整個(gè)流場(chǎng)的揚(yáng)程和效率曲線。
3.如權(quán)利要求1所述的一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法；其特征在于，所述的計(jì)算獲得改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)具體如下: 3-1.在步驟(2)相同的工況條件下，對(duì)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并獲得離心泵內(nèi)流體的流動(dòng)物理參數(shù)，最終做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布和流線分布。
4.如權(quán)利要求1所述的一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法；其特征在于，所述的對(duì)比原型離心泵與改進(jìn)葉片與葉輪安裝后的離心泵內(nèi)部流動(dòng)物理參數(shù)具體如下: 4-1.根據(jù)獲得的兩種葉片與輪盤接觸附近的速度分布圖、壓力分布圖、流線分布圖以及揚(yáng)程和效率曲線，對(duì)比分析各物理參數(shù)的分布；判斷的標(biāo)準(zhǔn)是(I):改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的揚(yáng)程和效率相比原型泵有沒(méi)有提升；(2)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的流線分布有沒(méi)有變得更加均勻；(3)改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的壓力分布有沒(méi)有變得更加均勻，逆壓梯度有沒(méi)有減小。
5.如權(quán)利要求1所述的一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法；其特征在于，所述的改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的揚(yáng)程和效率相比原型離心泵的揚(yáng)程和效率沒(méi)有明顯的變化；改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的流線分布相比原型離心泵有所提高；改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵在葉片與輪盤接觸附近的壓力分布相比原型離心泵更加均勻，且逆壓梯度變化也有所減小。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種離心泵穩(wěn)流葉輪的改進(jìn)方法。本發(fā)明包括如下步驟：步驟(1).模擬離心泵內(nèi)部的流動(dòng)物理參數(shù)；步驟(2).通過(guò)獲得的原模型離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)，做出揚(yáng)程和效率曲線以及葉片與輪盤接觸附近的水流速度分布、壓力分布、流線分布；步驟(3).計(jì)算獲得改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)；步驟(4).對(duì)比原型離心泵與改進(jìn)葉片與輪盤安裝后的離心泵的流動(dòng)物理參數(shù)。本發(fā)明改進(jìn)后的離心泵流動(dòng)情況有所提高，流道內(nèi)的流動(dòng)情況有所改善，葉片與輪盤接觸附近的流線分布和壓力分布更加均勻，逆壓梯度有所減小，提高了離心泵的穩(wěn)定性。
【IPC分類】F04D29-22, F04D15-00
【公開號(hào)】CN104564716
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510006590
【發(fā)明人】竇華書, 鄭路路, 陳小平, 蔣威, 馬曉陽(yáng), 牛琳, 賁安慶
【申請(qǐng)人】浙江理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日