基于关键参数的泵装置流道设计及软件开发

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进、出水流道在泵装置中起重要作用,对于有特定叶轮与导叶的泵装置,进水流道与出水流道决定了泵装置性能,工程实际中流道性能常常难以达到设计要求。现阶段,泵装置流道依赖专业人员设计,现有的泵装置流道设计软件多采用一维设计方法,输入的参数多而复杂,参数取值需根据实际工程经验,不能保证设计后的泵装置性能,软件实用性有待提高,而现有的流道绘制软件绘制的工程图仍不足以满足实际需要。本文主要研究立式轴流泵装置进出水流道的关键参数,开发出基于关键参数的流道设计绘图软件。进水流道的关键参数包括进水流道喉部断面高宽比、弯管段进出口面积比和进水弯管沿程断面积变化关系;出水流道的关键参数包括出水流道弯管出口高度、水平扩散角和出水弯管沿程断面积变化关系。通过数值模拟计算,分析对比了各方案进水流道出口断面的流速均匀度、加权速度平均角度、进出水流道水力损失、出水流道动能回收率、出水流道典型截面平均涡量以及对泵装置性能的影响,确定了关键参数的推荐值。确定进水流道喉部断面高宽比推荐值为0.4~0.6之间,此值过大会导致叶轮进口的水流入角较大,此值过小会增大水力损失;弯管段进、出口面积比推荐值为1.8左右,过大或过小都会增加进水流道的水力损失。进水流道弯管段沿程面积规律以凹函数为较佳。确定出水流道出口高度范围推荐值为(0.8~0.9)D0,此值过大导致弯管段与直管段衔接处有旋涡区,此值过小则影响出水流道动能回收能力,增大直管段中的平均涡量;弯管水平扩散角推荐值为8°左右,取此值时的出水流道水力损失较小,直管段涡量较小。出水流道弯管段沿程面积规律以凹函数变化为最佳。发现出水流道直管段在纵向扩散易导致流态紊乱,增大水力损失。根据上述研究的结果,以计算机编程语言MATLAB和绘图软件AutoCAD为平台,应用MATLAB和AutoCAD的接口功能,开发出了一款泵装置流道设计软件,该软件具有流道设计和输出工程图纸的功能。软件的结构分为输入模块、计算模块、绘图模块和输出模块。对应用该软件设计的流道装置模型进行数值模拟计算的验证,设计工况时的泵装置效率达到78.39%,证明该软件可满足工程应用的要求,其流道设计美观实用,内部流态分布均匀,以期该软件对实际泵装置进、出水流道设计有所帮助。
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