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离心泵作透平的理论分析数值计算与实验研究

杨孙圣

  液体压力能是一种无污染、可再生能源。随着能源需求的不断上升和节能意识的不断增强,开发利用小功率液体压力能将对建设资源节约型环境友好型社会将起到重要作用。泵作透平开发利用小功率液体压力能与其他类型的小功率液体压力能开发利用技术相比具有体积小、结构简单、造价低、寿命长、易维修等优势。目前在工业流程、小水电等节能技术领域均有应用。对泵作透平进行研究具有明显的社会和学术价值,本文以泵作透平为研究对象,应用理论分析、数值计算和实验相结合的方法对离心泵作透平的选型、内部流动、高效设计理论和设计方法以及非定常压力脉动等方面进行了研究。本文的主要工作和创造性成果有: 1.系统地总结了国内外泵作透平的研究现状并对泵作透平的发展趋势进行了展望。总结了泵作透平的基础理论,分析了泵作透平的外特性特点,明确了泵作透平外特性曲线的变化与叶轮几何参数之间的关系。 2.研制了泵作透平驱动泵和泵作透平驱动测功机两种形式的实验台。分别对两种形式的实验台进行了实验调试,分析了自主研制实验台和以往实验台的优缺点。编制了泵作透平实验台自动测试系统软件,成功实现了泵作透平外特性的自动测量。 3.研究了较为准确的泵作透平外特性数值预测方法。对数值计算过程中三维造型的简化、网格类型和湍流模型的选择等关键问题进行了研究。数值与实验结果表明:采用全流场、结构化网格和标准k-ε湍流模型能够较准确地预测泵作透平的外特性。 4.对低、中、高三个不同比转数的泵和泵作透平进行了数值与实验研究。对离心泵正反工况的外特性和内部流场的区别与联系进行了分析;研究了泵和泵作透平高效点之间的流量、扬程换算系数,提出了一种较为准确的预测泵作透平高效点的半经验公式,可为泵作透平的选型提供参考;分析了泵作透平内部水力损失分布规律,为泵作透平的进一步优化设计指明了方向。 5.首次对离心泵作透平叶轮高效设计理论和设计方法进行了较为系统的研究。分别研究了叶轮主要几何参数如:叶片包角、叶片数、叶片进口宽度、叶片进口安放角、叶片厚度、分流叶片、叶轮直径、叶片弯曲形状等对泵作透平内部水力损失分布、内部流动和外特性的影响,丰富和完善了泵作透平的设计理论和设计方法。首次提出对于只在透平工况运行的泵作透平,采用具有体积小、效率高等特点的透平专用前弯型叶片叶轮。 6.首次对泵作透平高效蜗壳的设计进行了研究。分别对蜗壳主要几何参数如断面形状、喉部面积、环形部分变化规律和基圆直径等对泵作透平内部水力损失分布和外特性的影响进行了研究,掌握了蜗壳主要几何参数对泵作透平内部水力损失分布和外特性的影响规律。 7.首次对泵作透平内部非定常压力脉动进行了研究。通过对泵作透平主要过流部件如蜗壳、叶轮和尾水管等内部压力脉动的时域和频域图分析,初步掌握了泵作透平内部压力脉动特征。分别研究了叶片数、分流叶片和叶轮外径与蜗壳基圆直径之间的径向间隙等对泵作透平非定常压力脉动的影响,初步掌握了上述几何参数对泵作内部压力脉动的影响规律。……   
[关键词]:离心泵作透平;理论分析;数值计算;实验研究;非定常压力脉动
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:江苏大学2012年
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