導葉立式自吸泵設計、數值模擬及試驗研究

本論文在對目前自吸泵研究成果總結的基礎上,提出了新的設計方法,設計了一臺導葉立式自吸泵,改進并簡化了自吸結構,提高了泵的使用可靠性,取得了一定的成果。雖然目前應用傳統的離心泵設計理論來設計導葉離心泵已經很成熟,但對影響導葉自吸泵自吸性能的因素還不清楚,主要根據經驗來選取參數,對其內部流場流動規律的研究不多。因此利用ANSYS-ICEM和CFX軟件,采用大渦模擬方法,對導葉立式自吸泵內部流場進行了分析研究,并對其泵體進行了優化設計,zui后制造出模型泵實型,進行實驗驗證。本文的主要工作如下:（1）總結了自吸泵的研究現狀和前人的研究成果,提出了一種新型的導葉立式自吸泵的設計理論及方法,并設計了一臺導葉立式自吸泵模型,屬于外混式自吸泵,葉輪為閉式葉輪,不設蝸殼。葉輪后能量的轉換在導葉流道內部完成。（2）利用Pro/E對泵流道進行三維實體造型,簡要介紹了網格生成技術,選用四面體/非結構網格,并利用ANSYS提供的軟件ICEM進行網格劃分。（3）利用CFX軟件對泵內三維定常單液相流場進行了數值模擬,得到了內部流動特征。對泵內氣液兩相進行了數值模擬,顯示了自吸時氣液兩相流場分布情況。應用大渦模型（LES）進行了三維非定常數值模擬,對泵內非定常壓力脈動情況進行了監測,結果表明:泵內的壓力脈動呈現有規律的周期性變化,流體的脈動幅值從葉輪向出口逐漸減小,葉輪轉頻始終是影響壓力脈動的主要因素。zui后對不同流量下的壓力脈動進行了對比,發現偏離*工況運行時,壓力脈動幅值都有所增大,并且大流量工況要優于小流量工況。（4）采用CFX軟件對不同工況下的模型泵內部流動進行數值模擬,得到了外特性變化規律。利用正交優化方法研究了主要參數對性能影響的主次順序,并找到了*的參數組合。（5）對導葉立式自吸泵做了性能試驗,與性能預測結果進行了對比。通過試驗研究,驗證了導葉立式自吸泵的設計方法的合理性。同時,與數值計算結果比較,肯定了所選模型及計算方法的正確性。 

    自吸泵的工作原理是：水泵啟動前先在泵殼內灌滿水（或泵殼內自身存有水）。啟動后葉輪高速旋轉使葉輪槽道中的水流向渦殼，這時入口形成真空，使進水逆止門打開，吸入管內的空氣進入泵內，并經葉輪槽道到達外緣。自吸泵屬自吸式離心泵，它具有結構緊湊、操作方便、運行平穩、維護容易、效率高、壽命長，并有較強的自吸能力等優點。管路不需安裝底閥，工作前只需保證泵體內儲有定量引液即可。不同液體可采用不同材質自吸泵。

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