含沙水条件下离心泵内部流动及空化特性的研究

题名	含沙水条件下离心泵内部流动及空化特性的研究
作者	刘明
导师	刘宜 ; 赵伟国
答辩日期	2016
学位名称	硕士
关键词	离心泵内部流动空化特性多相流数值模拟
摘要	泵作为核心设备在大量的提水灌溉及抗洪排涝工程中发挥着十分重要的作用。然而,自然界的水流都不同程度地夹杂着悬浮的泥沙、固体颗粒等杂质,泵运行在这样的水流条件下,其内部流动状态呈现为典型的固液两相流,其核心过流部件必然会受到一定程度的磨蚀与空蚀破坏。然而,目前对于含沙水条件下水力机械的空化研究较少,已有的对于含沙水条件下空化的研究大多采用了试验的方法,空化的内部流动特性尚不完全清楚。因此,研究含沙水流条件下水力机械内部流动特性及空化性能,具备一定的创新性,对确保其安全、稳定、高效运行具有重要的意义。本研究选用一台比转速190的卧式单级单吸离心泵为研究对象,采用雷诺时均RANS法,基于Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,分别以清水和含沙水为介质,对离心泵的无空化内部流动和空化内部流动进行了数值模拟。旨在定性分析固体沙粒对离心泵内部流动特性及空化性能的影响,主要研究工作及结果如下:1.运用Fluent软件,在清水条件下对离心泵进行了全流道的定常数值计算,得到了离心泵的外特性曲线,并将其与试验所得到的结果进行比较,误差在3%以内,验证了计算模型及数值算法的合理性。2.基于Mixture模型,在含沙水条件下进行了多工况(0.4Qd、0.6Qd、0.8Qd、1.0Qd、1.2Qd)的无空化定常数值计算,并将计算结果与清水条件下的计算结果进行比较,分析了两种不同介质条件下泵外特性的差异,以及固体沙粒对泵内部流动特征的影响。3.基于Mixture模型,RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,分别在清水与含沙条件下,对离心泵进行了空化的定常数值模拟,结合泵空化基本方程的理论推导。研究了含沙水条件下离心泵空化性能的变化,探究了叶轮流道内的空泡发展过程、速度分布以及叶片的静压载荷分布。4.两种介质条件下,泵扬程的变化趋势基本一致,均呈现扬程随流量的增大而减小;泵效率的变化趋势也基本一致,效率均呈现先随流量的增大而增大的趋势,当流量增大至1.0Qd附近的最优工况时,效率达到最大值,之后,随流量的增大效率逐渐减小;此外,清水单相介质下的效率均高于含沙水介质下的效率。5.同一流量,两种不同介质条件下,泵流道内的静压分布规律基本相同,但含沙水条件下流道内的整体压力高于清水条件下的压力,流道内速度分布较清水紊乱,含沙水条件下泵最优工况点向小流量偏移。6.含沙水条件下,泵的临界空化余量较清水条件下高,泵易发生空化,且随着含沙量的增加,空化程度加剧。两种介质条件下,流道内空泡分布规律基本一致,但相同空化余量,含沙水条件下的空泡体积分数较高,空化较严重,两种介质条件下的空化分别属于不同的空化阶段。7.固体沙粒对水流的空化压力特性有一定的影响,含沙水介质的空化压力较清水的高,在空化流动的数值计算中,应当考虑水质状况对空化压力特性的影响,对饱和蒸汽压力做适度的修正。
页数	73
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TH311
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/91519
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	刘明. 含沙水条件下离心泵内部流动及空化特性的研究[D],2016.