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高扬程大流量离心泵导叶优化及流动特性研究

汇报人：

2024-02-06

目录

CONTENTS

引言

离心泵导叶基本理论

高扬程大流量离心泵导叶优化设计

流动特性研究

数值模拟与实验验证

结论与展望

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引言

离心泵作为重要的流体输送设备，在工业、农业和市政等领域具有广泛应用。

高扬程大流量离心泵作为离心泵的一种，其性能优化对于提高流体输送效率、降低能耗具有重要意义。

导叶作为离心泵的关键部件，其优化设计对于改善泵内部流动状态、提高泵性能具有重要作用。

国内外学者针对离心泵导叶优化开展了大量研究，提出了多种优化方法和设计方案。

随着计算流体力学（CFD）技术的发展，数值模拟方法在离心泵导叶优化中得到了广泛应用。

当前，离心泵导叶优化正朝着更加精细化、智能化的方向发展，以提高优化效果和降低优化成本。

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研究高扬程大流量离心泵导叶的优化设计方法，包括导叶型线、叶片数、叶片厚度等参数的优化。

利用CFD技术对优化前后的离心泵进行数值模拟，分析导叶优化对泵内部流动状态和性能的影响。

通过实验验证数值模拟结果的准确性，为离心泵导叶优化提供可靠的理论依据和实践指导。

旨在提高高扬程大流量离心泵的性能，降低能耗，为相关领域的发展做出贡献。

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离心泵导叶基本理论

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通过改变叶轮转速或改变泵的结构（如叶片角度等），可以调节泵的流量和扬程。

01

离心泵依靠叶轮旋转产生离心力，将液体从叶轮中心甩出，经过泵壳流道进入排出管路。

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在叶轮旋转过程中，液体在惯性离心力作用下获得能量，提高压力和速度。

导叶的作用

导叶的设计要求

符合流体力学原理，减小流阻；具有良好的结构工艺性，易于制造和维修；满足强度和刚度要求，保证长期安全运行。

引导液体从叶轮流出，进入下一级叶轮或流出泵体；消除液体流出叶轮时的旋转运动，将部分速度能转换为压力能；减小水力损失，提高泵的效率。

液体流出方向与轴线垂直，适用于低比转速离心泵，结构简单，但效率较低。

流线式导叶

液体流出方向沿流线方向，适用于中高比转速离心泵，效率较高，但结构复杂。

空间导叶

适用于多级离心泵，能够引导液体在级间平稳过渡，减小水力损失和振动噪声。空间导叶的设计需考虑流体的三维流动特性，对设计者的要求较高。

径向式导叶

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高扬程大流量离心泵导叶优化设计

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入口角度的优化

出口角度的优化

导叶数量的优化

导叶型线的优化

通过调整导叶入口角度，改善流体进入导叶时的流动状态，减小冲击损失。

合理设计导叶出口角度，使流体能够顺畅地流出导叶并进入下一级叶轮，提高整体效率。

通过对导叶型线的优化设计，改善流体在导叶内部的流动状态，减小摩擦损失和扩散损失。

根据离心泵的实际情况，合理确定导叶的数量，以平衡流体的径向力和轴向力，保证泵的稳定运行。

效率对比

汽蚀性能对比

稳定性对比

内部流场对比

通过汽蚀试验，对比优化前后离心泵的汽蚀性能，评估优化设计对汽蚀性能的改善程度。

对优化前后的离心泵进行效率测试，对比分析优化效果，验证优化设计的有效性。

通过CFD技术对优化前后的离心泵内部流场进行模拟分析，对比流场的变化情况，进一步揭示优化设计的机理和效果。

对优化前后的离心泵进行稳定性测试，对比分析优化前后泵的振动、噪声等稳定性指标的变化情况。

04

流动特性研究

实验测试

通过实验手段，如粒子图像测速（PIV）、激光多普勒测速（LDV）等，对离心泵内部流场进行直接测量，获取流动速度、涡量、湍流强度等参数。

数值模拟

采用计算流体力学（CFD）方法，对离心泵内部流场进行数值模拟，获取流场细节，如压力分布、速度分布、流线等。

工况变化对流动特性的影响

分析不同流量、扬程等工况下，离心泵内部流场的变化规律，探讨工况变化对流动特性的影响机制。

流动分离与涡旋运动

研究离心泵内部流动分离现象及涡旋运动的产生、发展和耗散过程，分析其对流动特性的影响。

流动损失分析

分析离心泵内部各种流动损失的产生原因和影响因素，如摩擦损失、冲击损失、泄漏损失等。

效率优化措施

探讨降低流动损失、提高离心泵效率的优化措施，如改进叶轮和导叶设计、优化流道形状等。同时，研究这些优化措施对离心泵性能和流动特性的影响规律。

05

数值模拟与实验验证

对模型进行网格划分，确保网格质量和数量满足计算精度要求。

选择合适的计算流体力学（CFD）软件，如ANSYSCFX或FLUENT等，建立离心泵的三维模型。

进行数值计算，并监测残差曲线和收敛情况，确保计算结果的准确性。

设置边界条件，包括进口、出口、壁面等，以及选择合适的湍流模型。

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04

设计实验方案，包括实验目的、实验装置、测试仪器、实验步骤等。

搭建实验台，安装离心泵、流量计、压力传感器等测试设备，并进行调试。

按照实验方案进行实验