导叶立式自吸泵设计、数值模拟及试验研究

本论文在对目前自吸泵研究成果总结的基础上,提出了新的设计方法,设计了一台导叶立式自吸泵,改进并简化了自吸结构,提高了泵的使用可靠性,取得了一定的成果。虽然目前应用传统的离心泵设计理论来设计导叶离心泵已经很成熟,但对影响导叶自吸泵自吸性能的因素还不清楚,主要根据经验来选取参数,对其内部流场流动规律的研究不多。因此利用ANSYS-ICEM和CFX软件,采用大涡模拟方法,对导叶立式自吸泵内部流场进行了分析研究,并对其泵体进行了优化设计,zui后制造出模型泵实型,进行实验验证。本文的主要工作如下:（1）总结了自吸泵的研究现状和前人的研究成果,提出了一种新型的导叶立式自吸泵的设计理论及方法,并设计了一台导叶立式自吸泵模型,属于外混式自吸泵,叶轮为闭式叶轮,不设蜗壳。叶轮后能量的转换在导叶流道内部完成。（2）利用Pro/E对泵流道进行三维实体造型,简要介绍了网格生成技术,选用四面体/非结构网格,并利用ANSYS提供的软件ICEM进行网格划分。（3）利用CFX软件对泵内三维定常单液相流场进行了数值模拟,得到了内部流动特征。对泵内气液两相进行了数值模拟,显示了自吸时气液两相流场分布情况。应用大涡模型（LES）进行了三维非定常数值模拟,对泵内非定常压力脉动情况进行了监测,结果表明:泵内的压力脉动呈现有规律的周期性变化,流体的脉动幅值从叶轮向出口逐渐减小,叶轮转频始终是影响压力脉动的主要因素。zui后对不同流量下的压力脉动进行了对比,发现偏离*工况运行时,压力脉动幅值都有所增大,并且大流量工况要优于小流量工况。（4）采用CFX软件对不同工况下的模型泵内部流动进行数值模拟,得到了外特性变化规律。利用正交优化方法研究了主要参数对性能影响的主次顺序,并找到了*的参数组合。（5）对导叶立式自吸泵做了性能试验,与性能预测结果进行了对比。通过试验研究,验证了导叶立式自吸泵的设计方法的合理性。同时,与数值计算结果比较,肯定了所选模型及计算方法的正确性。 

    自吸泵的工作原理是：水泵启动前先在泵壳内灌满水（或泵壳内自身存有水）。启动后叶轮高速旋转使叶轮槽道中的水流向涡壳，这时入口形成真空，使进水逆止门打开，吸入管内的空气进入泵内，并经叶轮槽道到达外缘。自吸泵属自吸式离心泵，它具有结构紧凑、操作方便、运行平稳、维护容易、效率高、寿命长，并有较强的自吸能力等优点。管路不需安装底阀，工作前只需保证泵体内储有定量引液即可。不同液体可采用不同材质自吸泵。

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