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深井泵广泛应用于农业灌溉、给水排水工程等领域,其节能问题一直倍受关注。本文结合国家“863计划”项目“变量喷洒低能耗轻小型灌溉机组”中关于研发新型节能节材井泵的要求,将叶轮水力设计与现代CFD技术及正交试验方法相结合,进行井泵叶轮提高效率的研究,旨在设计出效率高、高效区宽并节材效果明显的新型井泵,使该型泵达到同类产品的国际先进水平,并完善新型井泵的水力设计方法。主要研究工作有:
(1)简要分析了深井泵叶轮主要几何参数对效率的影响;总结了井泵叶轮、导叶的常用水力设计方法和设计原则;阐述了新型结构下的井泵极大扬程设计法,并以此为基础进行后续的研究。
(2)为了提高数值模拟的精度,考虑了实体建模、网格划分、数值解法及迭代残差等对数值模拟精度的影响,通过对初始两次设计方案进行数值模拟及样机试验对比,选择合适的数值模拟方案对后续井泵的正交试验、回归正交试验进行研究。
(3)采用正交试验设计法深入研究叶轮主要几何参数对新型深井泵特性的影响。通过L18(73)正交试验设计出18组设计方案,得出了叶轮几个设计参数β2(出口安放角)、D2min(叶轮后盖板外径)、b2(出口宽度)、Z(叶片数)、D1(叶片进口直径)、△β1(叶片进口冲角)及叶轮后盖板与反导叶最底端的轴向间距h对泵性能的主次顺序影响关系,给出了这几个参数的取值方向并优选出最佳方案,最终实现了对新型井泵的优化设计目标。
(4)运用CFD软件Fluent对新型井泵最终优选方案进行数值模拟,并预测出其水力性能,结合样机试验为其后的设计研究提供依据。
(5)通过采用二次回归正交试验法对新型井泵叶轮设计中影响效率的最重要两个因素即叶轮出口宽度、出口安放角进行研究,并得到该泵效率关于这两个因素的回归约束方程。