天然气气田水回收装置中轴流泵的设计研究

作     者：王本武 

作者单位：西华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李庆刚

授予年度：2013年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：轴流泵 叶轮 ANSYS 数值模拟 叶片强度分析 

摘      要：天然气的净化处理工艺过程会产生大量的气田水，如果气田水不处理或直接排放将会导致严重的环境污染和经济损失，影响油气田的安全生产。本论文研究的天然气气田水回收装置用轴流泵，是为气田水的循环利用提供一种大流量，低扬程的流体动力设备。 在轴流泵的内部流动中，叶轮内水流的流动是非常复杂的，要想了解和掌握轴流泵叶轮内部的流动规律，必须对其进行深入的研究。随着计算机技术及商用CFD软件的发展，对轴流泵内部进行全三维的数值模拟计算已不再困难。本文利用ANSYS CFX软件获得了轴流泵叶轮内部流场的速度、压力、矢量等流动状态信息，较为准确的预测了轴流泵的效率，扬程等外特性。轴流泵在运行过程中，叶片根部裂纹是叶轮强度破坏的主要原因之一，利用ANSYS软件的流固耦合分析功能可以快速的对轴流泵叶轮进行应力分析，校核叶片强度，指导叶片设计并且保证轴流泵的安全运行。 本文对轴流泵内部流场和叶片强度分析展开了较为广泛的研究。主要研究工作和取得的主要成果如下： 1、对国内外轴流泵内部流场计算和叶片强度分析的研究现状进行了简明阐述和分析比较，确定了本文的研究内容;2、阐述了轴流泵设计的基本理论、流场数值模拟计算的基本方法、计算中湍流模型的选择以及流固耦合分析的基本理论;3、在轴流泵叶片水力设计的基础上，利用三维造型软件UG对轴流泵的叶轮进行三维实体造型，建立了轴流泵内部流场计算的全流道几何模型及应力分析计算的叶轮几何模型，借助ANSYS软件对几何模型进行了网格划分，分别得到了轴流泵叶轮流场计算和流固耦合计算的网格;4、采用ANSYS CFX软件基于雷诺应力时均N-S方程、标准湍流模型和SMIPLEC算法，对不同工况下轴流泵内部流场进行了数值模拟，获得叶片表面的压力及速度场分布，验证了圆柱层无关性假定，对轴流泵的外特性进行了预测;5、利用ANSYS软件完成了叶轮水压力载荷的施加，同时考虑离心力的影响，对叶片进行了应力分析，得到了叶片的总体变形及应力分布情况，分析了叶片根部应力集中产生的原因，校核叶片强度。