低比转速离心泵叶轮切割的数值模拟与试验研究

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低比转速离心泵具有流量小、扬程高的特点,被广泛应用于石油、化工、矿山等领域。在应用过程中,常遇到泵的性能参数与工作要求不一致的问题,这就要求以最少的工作或者改变最少的零件尺寸,使泵能够满足要求。切割叶轮是一种简便、经济的方法。   离心泵的叶轮经过切割之后,一些相关的几何参数发生了变化,使得其内部的流动与原型泵相比产生了一些差异。采用一般的试验方法很难得到内部流动的情况。目前,利用CFD对离心泵的流动进行数值模拟是一种有效的研究方法。同时,泵的试验研究对泵理论的发展、设计水平的提高、性能的确定以及各种复杂应用问题的解决具有极其重要的意义,而且试验研究也可得到最为可信的结果。   本文对SH-20-28型离心泵进行了切割试验研究和数值模拟,分别得到了切割之后离心泵的实际性能曲线和模拟预测的性能曲线。对切割后的各个性能曲线进行了对比分析,讨论了叶轮外径切割后性能变化的原因。本文的主要内容和研究成果为:   (1)对离心泵进行切割试验,利用MATLAB软件对得到的性能参数进行分析,得到了H-Q、P-Q、η-Q性能曲线的拟合方程,分析了叶轮外径变化对性能曲线的影响。在少量切割时,离心泵的外特性曲线较为相似;经过大量切割后,泵的外特性曲线不再相似。   (2)定义了一个新的泵系统能耗经济性的评价指标,并分析根据这个指标选取泵的“额定工况”的合理性。   (3)利用有限元分析软件对原型泵及切割后的各个模型进行了定常数值模拟计算,分析叶轮外径变化对离心泵内部流场的影响。叶轮外径切割后蜗壳内部的静压值的影响比对叶轮内部静压值的影响大。泵内各点的静压随着切割量的增大而下降。   (4)计算了切割前后各模型的面积比,根据现有的文献中对面积比高效区的统计结果,得出各次切割之后的工况点在高效区分布图,面积比高效区的统计规律具有一定的参考价值。   (5)在定常计算的基础上对原型泵及经过少量切割和大量切割的模型进行非定常数值模拟计算,通过在叶轮出口位置及其隔舌处设置监测点,对不同叶轮外径下叶轮出口和蜗壳出口的压力脉动情况进行分析。经过对比分析得到,随着叶轮外径减小,压力脉动的强度变小。
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