高速部分流泵的优化设计

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部分流泵是基于新的设计理念开发出的一种新颖的小流量泵,相比于低比转速离心泵,部分流泵具有结构紧凑,易于加工,效率较高,变流恒压,截止流量明显等特点。本文在已有设计方法的基础上,对部分流泵的计算公式作了归纳,对水力部件提出优化设计方案,对全流场三维流动特性进行了数值计算及分析,提出一种消除高速部分流泵扬程特性曲线驼峰的方法。   本文的主要研究内容有:   1.基于部分流泵的设计经验,对叶轮、蜗壳、喷嘴、扩散器的设计方法,以及叶轮损失、蜗壳损失及扩散管损失作了分析,总结出计算公式。   2.在最高效率点,部分流泵的扬程系数及流量系数是唯一确定的。针对8500rpm及15300rpm的高速部分流泵,实验研究出最高效率点下的扬程系数及流量系数;推导出这两种转速下,扬程系数、流量系数与比转速的关系式;根据实验结果及推导关系式对高速部分流泵优化设计。   3.对优化设计后的高速部分流泵模型进行全流场的定常与非定常数值计算。使用定常数值计算结果,研究并分析出了高速部分流泵叶轮、蜗壳内压力分布,流体流动规律以及转速对高速部分流泵内部流动的影响。根据非定常数值计算结果,研究并分析出了高速部分流泵扬程及蜗壳、叶轮内的压力随着叶轮旋转的脉动规律。   4.结合数值计算的结果,使用泵水力设计软件设计出四种不同叶片分布方案的叶轮,对内部流动进行模拟,寻找改善高速部分流泵叶轮内流动的方法;对比CFD性能预测结果与实验结果,表明CFD技术对部分流泵的性能预测是准确的,由此使用CFD技术进一步预测了四种叶轮性能的优异;使用四种传统计算公式验证了CFD技术计算高速部分流泵泵腔壁面摩擦损失的准确度,由CFD预测结果推导出泵腔壁面摩擦损失随流量变化的计算公式;分析了优化后模型效率得以提高的原因-泵腔壁面摩擦损失的降低。   5.对高速部分流泵的扬程特性曲线作了理论分析,阐述了高速部分流泵扬程特性曲线产生驼峰的影响因素;应用孔板节流的原理,设计出一种孔板喷嘴来消除驼峰,给出了孔板喷嘴的设计方法,并通过实验验证计算公式的准确度。
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