基于数值模拟的矩形叶轮旋喷泵结构设计与应用研究

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旋喷泵是极低比转速离心泵,主要利用皮托管原理研制,在食品冲洗系统、造纸工业、石油化工与炼制以及电站等领域都有应用。目前对旋喷泵虽然已有一定的实验研究,但是仍然存在两个关键问题:一是对旋喷泵矩形叶片叶轮的研究较少,二是绝大多数旋喷泵效率相对比较低,特性曲线容易有驼峰,研制出的产品性能一般无法达到使用者的要求。为此,本文在江东泵业有限公司SHⅠ系列旋喷泵产品研发项目的支持下,提出了一种新型8叶片叶轮结构,对旋喷泵的水力设计尤其是矩形叶片叶轮的水力设计进行了创新性设计。通过改变叶轮设计参数设计出型式不同的旋喷泵叶轮模型,再采用Pro/E对旋喷泵各过流件进行三维空间造型,并利用ANSYS软件对旋喷泵内部流场进行了数值计算以及对比分析,由此得出的流场模拟结果表明,该模型泵在扬程、效率上较之传统的旋喷泵有显著提高,能满足江东泵业有限公司对新型旋喷泵的设计要求。  本文主要研究内容和创新点有:  1、针对现有旋喷泵工作效率较低,特性曲线易出现驼峰等问题,运用CFX对旋喷泵内部三维非定常流场进行数值模拟,对不同叶轮出口角、叶片数和叶片出口宽度的叶轮分别进行整体结构模拟,根据模拟结果,创新性地设计了一种新型8叶片叶轮。  2、针对8叶片叶轮模型进行整体大涡模拟,分析了叶轮、转子腔和集流管内部的压力场和速度场分布,继而得出各个过流部件在大涡模拟情况下内部流体的流动状况。  3、对8叶片叶轮模型泵进行模拟试验,结果表明:相同工况条件下,新型8叶片叶轮旋喷泵的扬程比传统旋喷泵提高了2.63%,效率比传统旋喷泵提高了9.52%,从而从结构上较好的解决了现有旋喷泵存在的问题。
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