检索结果-南通市图书馆

作者：公续然江苏大学

学位级别：硕士

多级潜水电泵因适应性强且易增压的特点被各领域广泛应用,复杂多变的工作环境对其运行稳定性提出严苛的要求,故提升多级潜水电泵水力性能对实现节能减排、能源可持续发展具有重要意义。空间导叶作为多级潜水电泵主要过流部件,其轮毂角... 详细信息

多级潜水电泵因适应性强且易增压的特点被各领域广泛应用,复杂多变的工作环境对其运行稳定性提出严苛的要求,故提升多级潜水电泵水力性能对实现节能减排、能源可持续发展具有重要意义。空间导叶作为多级潜水电泵主要过流部件,其轮毂角区的二次流分离涡主导水泵损失。因此本文旨在探究空间导叶角区分离涡形成机制,提出二次流分离涡控制方法,突破多级潜水电泵的效率收益瓶颈。本文在江苏省自然科学基金(BK20190847)与中国博士后科学基金面上项目(2019M661744)的资助下,以Q80-20型多级潜水电泵为研究对象,采用CFD仿真计算辅以中心组合设计,从Stacking(弯)、Blade lean(扭)、Sweep(掠)三方面开展叶片堆叠优化设计,同时选取导叶效率、静压恢复系数和不均匀度为优化目标,构建堆叠参数方程与优化目标的协同响应关系。本文主要研究工作和内容如下:1)通过CFD模拟计算捕捉到空间导叶轮毂-吸力面角区二次流分离涡并分析其内流机理:(1)导叶进口:1.导叶子午面轮缘和轮毂流面的曲率差诱发展向压差,驱动轮缘到轮毂的二次流冲刷进口边;2.进口轮毂处有旋流克服横向压力梯度冲向工作面。(2)导叶中部:1.工作流体克服流向逆压梯度由进口流向导叶中部,导致轮毂流面低动量流体增多;2.增多的低动量流体在轮毂处横向压差作用下偏折至吸力面;3.在吸力面堆积的低能流体无法克服轮缘至轮毂的展向压差只能沿轮毂流面反向回流,进而形成二次流角区分离涡。2)在叶片进、出口安放角不变的基础上,通过参数方程控制叶片各流面包角(?),进而调整出口边沿周向的变化规律,实现空间导叶Stacking的参数化设计。(1)Stacking线性参数化设计的结果表明:负斜率时减小轮缘包角可获得较优的水力性能,其原因为减小的轮缘包角削弱了导叶中部的横向二次流,同时增益了轮毂到轮缘的展向二次流,疏导了角区堆积的低能流体,因此导叶性能随斜率的减小而单向升高。(2)Stacking采用抛物线方案比线性方案的优化效果更佳,究其原因为进口展向二次流对进口边的冲刷得以抑制,中部横向二次流进一步减小,因此导叶静压恢复系数比原型泵提升了2%,不均匀度降低了12%。3)在Stacking基础上对空间导叶进行Blade lean的参数化设计。通过参数方程控制叶片各流面起始角θ,进而调整进口边型线沿周向变化规律。(1)Blade lean线性参数化设计的结果表明:斜率b增大时,导叶进口轮缘至轮毂的展向二次流对进口边冲刷加剧,中部横向压差增大,轮毂-吸力面角区低能流体增多,因此导叶效率和静压恢复系数下降。(2)Blade lean采用抛物线方案改善了导叶效率和静压恢复系数,但降低了导叶出流均匀性。分析其原因为:导叶中部横向压差增大,吸力面角区低能流体增多,进而降低了出流均匀性;同时,增强的进口横向压差抵消进口展向二次流对轮毂的冲刷,因此静压恢复系数比原型泵提升了2.64%,导叶效率提升了0.32%。4)在Blade lean的基础上对空间导叶进行Sweep的参数化设计。假定轮毂流面叶片进、出口点为流向起始位置,通过参数方程在子午面内控制其它流面型线的流向位置变化,进而调整叶片进、出口边沿流向的分布规律。(1)Sweep线性参数设计的结果表明:随着斜率c减小,导叶进口轮缘至轮毂的展向压差和中部压力面到吸力面的横向压差同时减小,共同抑制了低能流体,因此导叶效率升高,不均匀度降低。(2)进一步探究进、出口边流向变化的交互作用对导叶水力性能的影响。结果表明:Sweep中心组合方案进一步削弱了导叶进口展向压差和中部横向压差,同时增大了出口展向压差,因此叶片尾缘低能流体减少,不均匀度比原型泵降低13.1%。但是,导叶流向逆压梯度增大,导叶中部的低能流体增多,因此限制了导叶效率的提升。本文研究成果已在企业生产中进行工程应用并取得一定成效。

关键词：多级潜水电泵空间导叶参数化设计二次流角区分离涡

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基于CFD的空间导叶出口边线性控制及内流分析

引用

排灌机械工程学报 2021年第12期39卷 1210-1217页

作者：公续然曹璞钰王洋朱芮王业富江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710000

为提高多级潜水电泵的水力性能,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对Q80-20型多级潜水电泵的空间导叶展向各流面包角的变化规律用线性方程量化,探究方程斜率变化对导叶内部角区分离流的影响以及与导叶性能的映射响应关系.采用CFX17.1... 详细信息

为提高多级潜水电泵的水力性能,采用试验验证和数值模拟相结合的方法,对Q80-20型多级潜水电泵的空间导叶展向各流面包角的变化规律用线性方程量化,探究方程斜率变化对导叶内部角区分离流的影响以及与导叶性能的映射响应关系.采用CFX17.1对2级模型进行全流场数值模拟,结果表明,线性方程斜率为负时,导叶的水力性能优于正斜率时.在负斜率基础上采取2种方案优化,结果表明,调整轮缘包角并增大包角差时,轮毂中部横向二次流被削弱,轮毂到轮缘的展向二次流增强,抑制了角区低能流体堆积,导叶性能随斜率的减小而单向升高.调整轮毂包角并增大包角差时,同样可增强中部轮毂到轮缘的展向二次流,但进口加剧的展向冲刷增大了能量损失,导致导叶的水力性能先增大后减小,存在最佳斜率.研究成果为后续研究空间导叶出口边型线对多级潜水电泵水力性能的影响提供研究基础和科学支撑.

关键词：多级潜水电泵空间导叶线性方程二次流角区分离涡

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