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本文以IS100-65-250型离心泵为研究对象,利用CFD技术对带平衡孔离心泵内部流态进行了模拟计算,分析归纳了离心泵轴向力随平衡孔总面积、平衡孔位置等参数的变化规律,并通过样机试验对模拟研究的准确性进行了验证。本文的主要工作和成果如下:
1.概述了平衡孔方法的国内外研究现状,归纳了影响平衡孔平衡轴向力程度的主要因素,提出了采用数值模拟与试验验证相结合的研究手段对该平衡方法进行研究。
2.在基于计算机流体力学理论与方法分析的基础上,确立了“Pro/e建模,Gambit划分网格,Fluent仿真模拟”的研究策略。通过Pro/E软件构建IS100-65-250型离心泵三维模型,利用Gambit软件的分块网格技术对模型进行网格划分;并介绍了FLUENT环境下边界和壁面条件的设置方法。此外,还利用户自定义函数UDF接口,通过自己编程对计算结果进行处理,计算出轴向力。
3.分别对不带平衡孔和带有平衡孔的离心泵进行模拟计算,通过对比分析两种情况下离心泵内部压力的分布情况,得知平衡孔的开通使叶轮前后盖板外腔内液体的压力降趋势趋于相同,同时也减小了平衡室内的压力。
4.通过对设有不同平衡孔参数的离心泵进行不同工况下的内部流动数值模拟,获得了单级单吸离心泵轴向力随工况的变化规律,总结了离心泵轴向力随平衡孔总面积大小、平衡孔位置变化的规律,并对这些参数对泵轴向力及性能的影响进行了量化的分析。
5.对平衡孔区域的压力降引起的汽蚀现象进行了分析,得出平衡孔两端液体相对于平衡孔有很大的与孔轴线垂直的圆周速度和孔出口的脱流是产生汽蚀空泡的根源。
6.通过与企业合作制作样机,利用企业试验装置进行试验研究,并将试验数据与模拟数据进行分析比较,两者吻合较好,验证了数值模拟的准确性和采用此方法研究平衡孔平衡轴向力的可行性。