毕业论文：《离心泵发展及研究》.doc

PAGE 离心泵发展及研究 摘 要 离心泵是一种通用水力机械，其内部流动情况一直是泵设计人员十分关注的问题，因为泵内流动的优劣直接影响泵的性能。离心泵叶轮的内部流动是很复杂均三维紊流流动，同时由于受旋转和叶片表面曲率的影响还拌有脱流、回流及二次流的现象，是流体工程中较难的试验研究和数值计算问题之一。 早在20世纪5O年代，一些专家学者就开始尝试使用数值计算方法来预测叶轮中的流动情况。但具有完备形态的内流数值模拟，一般认为始于吴仲华教授的S1、S2两类相对流面理论后，叶轮机械内流数值模拟才得到了迅速发展。迄今为止，国内许多学者已经对离心泵叶轮内部三维紊流数值模拟进行了研究，也取得了一些成果，但并不理想，也缺少实验验证。近年来得益于计算机技术的高速发展，计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)发展很快，许多商用CFD软件应用非常广泛，在离心泵内部流场数值模拟上的应用也日见增多。通过CFD方法对离心泵叶轮内部流动进行数值模拟，了解液流在叶轮过流部件中的速度和压力分布，从而进行叶片的选型、设计和性能预测已成为现代泵技术的重要方法之一。 关键词：离心泵；叶轮；数值模拟 PAGE I 目 录 TOC \o 1-2 \h \z 第1章 绪 论 h 1 1.1 离心泵的发展和应用现状 h 2 1.2 本文的工作 h 4 第2章 离心泵原理及设计方法 h 5 2.1 离心泵及其工作原理 h 5 2.2 离心泵设计方法概述 h 12 2.3 离心泵的部件及工作参数 h 16 第3章 离心泵内部流场的研究方法 h 20 3.1. 紊流理论概述 h 20 3.2 无粘性流动数值模拟 h 21 3.3 分区考虑粘性效应的数值模拟 h 21 3.4 三维粘性数流动值模拟 h 22 第4章 目前的研究成果 h 26 4.1 目前的一些研究 h 26 4.2 几种常见离心泵的应用 h 28 第5章 研究的发展趋势 h 31 5.1 紊流模型的研究 h 31 5.2 泵优化设计发展趋势 h 31 5.3 发展网络生成技术 h 33 5.4 矢量化及并行算法 h 34 致 谢 h 35 参考文献 h 36 PAGE 37 第1章 绪 论 在石油天然气的储存和运输工程中，广泛地使用各种管输流体机械，用来增加流体的能量，克服流动阻力，达到沿管路输送的目的。离心泵是一种应用范围十分广泛的通用水力机械，它广泛的应用于给水排水及农业工程、工业工程、航空航天和航海工程、能源工程、车辆工程等等。而且随着现代科学技术的飞速发展其应用范围正在迅速的扩大。随着应用范围的扩大，工作环境也越来越复杂，现代工程技术对泵的性能要求越来越高，传统的基于经验和模型试验相结合的设计方法很难达到这样的设计要求。传统设计方法的一般过程为:设计一样机性能试验检测一制造，这样样品试制和性能检测要经过多次，整个设计也要经过多次重复，显然，传统设计方法的缺点是设计周期长，设计成本高。产品的开发周期长和设计成本高成为离心泵新品开发难以逾越的瓶颈。因此，需要探索新的离心泵设计方法。 在传统的泵的研制过程中，一个成功的水力设计模型往往要经过多次反复性能试验模型修改才能完成，随着计算流体动力学在其它行业的成功运用，现在完全有可能采用计算流体动力学(CFD)仿真分析方法来代替性能实验，在计算机上完成初步三维造型设计之后，就可进行流场的校核并预测泵性能，从而缩短产品开发周期和降低成本。 此外，据全国流体机械及工程国际学术会议上报告:泵是一种应用广泛、耗能大的通用流体机械，我国每年各种泵的耗电量大约占全国总耗电量的20%,耗油量大约占全国总耗油量的50%。离心泵是各种泵中使用范围最广泛的，而一般的离心泵的整机效率只有50 %一60%，我国离心泵的运行效率平均比国外低10%-30%，节电潜力约为300-400亿千瓦时，因此提高泵的性能和效率，将心水泵效率由三部分组成:机械效率、容积效率和水力效率，主要是水力效率比较低，要想提高水力效率，那么离心泵内部流动的精确计算和性能预测是十分重要的。因此急需开展这方面的研究工作。充分利用飞速发展的CFD技术来预测离心泵的性能，查明影响离心泵性能的因素，研究一种新的离心泵设计方法，进一步提高泵的效率，从而从整体上提高它的性价比。 1.1 离心泵的发展和应用现状 1.1.1 国内离心泵的发展 我国的离心泵是由50年代仿苏产品开始的，当时仅生产K型单级单吸悬臂式离心清水泵和凸型单级双吸两端支承式离心清水泵，主要用于农田排灌。继而沈阳水泵厂又生产一些仿苏石油化工用泵，如DJ . FDJ