一、4B15离心泵试验结果分析（论文文献综述）
鲁业明[1]（2019）在《CAP1400核主泵水力模型核心部件约束性设计方法研究及应用》文中提出有着“核岛心脏”之称的核主泵是我国三代压水堆CAP1400核电机组唯一不能国产化的装置。而叶轮和导叶（水力模型核心部件）是核主泵内部最重要的过流部件,其设计的优劣直接决定着核岛的服役寿命。为达到高效率、大扬程、低压力脉动强度等运行指标要求,核主泵叶轮和导叶在结构上呈现流道曲率变化大、叶片三维结构复杂等特点,相关优化体系中的二元叶片设计方法难以表征这种结构的新变化。而在优化设计过程中,约束性设计方法是第一步,在设计体系中起到基础性、决定性作用。因此,基于叶轮机械原理重构新的高效约束性设计方法是优化设计体系研究的重点和难点。高效的约束性设计方法理应能在尽可能少的设计参数下得到结构多变的高性能设计结果。按照设计次序和介质的过流顺序,核主泵叶轮和导叶的设计包括四个基本因素:Ⅰ.流道设计;Ⅱ.叶轮叶片设计:Ⅲ.导叶叶片设计;Ⅳ.特殊结构设计。本文围绕着这四个方面进行了深入的研究,物理建模并结合数学推导构建了核主泵水力模型核心部件的设计方法体系,并以国家科技重大专项CAP1400核主泵水力模型最终方案为对象,进行了对照测试。主要工作内容有:（1）流道约束性设计方面,为解决传统方法中的盘、盖侧型线非同步调整、过渡段不光滑、偏离设计目标等问题,从中轴变换（Medial Axial Transform）理论出发,结合已有的约束条件简化、并得到了一种新型流道约束性设计方法。在新的设计方法中,针对约束条件不封闭的情况,构建了两类使得设计方程组封闭的辅助约束条件,并分别应用粒子群算法和显式表达式实施流道的成型设计。流道设计方法有两方面的应用。首先,基于流道约束性设计新方法开发了一套水泵轴面流道快速成型设计程序,在所开发的设计程序中,以仅有的7组经典叶轮流道为基础,能够快速设计出比转速为30至500区间内的任意叶轮流道结构。其次,基于流道约束性设计新方法提出了一种核主泵高效低轴向载荷改型策略,仅需控制3个变量、15组采样数据,便可实现对核主泵水力模型的高效、低轴向载荷快速改型设计。（2）叶片约束性设计方面,为解决传统方法中设计变量个数多、变量范围不明确、优化预设值依赖设计经验等问题,研究依次确定了叶轮叶片的关键设计变量——速度环量以及导叶叶片的关键设计变量——安装角。文献调研结合经典结构参数信息的统计结果明确了这两个关键设计变量沿流向均呈递增趋势,构建了无量纲化的多源约束性设计方程组,进行了一系列数学简化并得到了用于设计变量高效生成的船帆状限定域。基于叶轮叶片和导叶叶片归一化约束性设计的船帆状限定域和粒子群算法,分别开发了一套叶轮叶片和一套导叶叶片动态伴随寻优设计程序。以国家科技重大专项CAP1400核主泵水力模型中的叶轮叶片、导叶叶片为参考对象,应用所开发的设计程序进行了验证测试:在叶轮叶片设计中,正倾角、零倾角和负倾角三种情况下的设计结果均表明所开发的动态寻优设计程序能够设计出性能优于目标叶轮的新结构;在导叶叶片的设计测试中,优化结果相较于目标结构依次提升了 0.7%和1.8%的效率和扬程特性。证明了叶片约束性设计方法和所开发的叶片动态伴随寻优设计程序的有效性。（3）核主泵水力模型开发流程方面,基于归一化约束性设计的船帆状限定域,探究了叶轮和导叶对核主泵定常、非定常性能的影响程度。在明确了导叶影响要高于叶轮之后,得出水力模型开发过程中“叶轮可独立设计、导叶需适配叶轮和压水室”的设计准则,并实例设计了新的水力模型结构,通过与国家科技重大专项CAP1400核主泵水力模型在性能特性、静压分布、湍动能分布等方面的对比,明确了所开发的模型结构的高性能,实例证明了研究所提的核主泵水力模型开发流程的可行性。（4）特殊结构设计方面,为了适应核主泵整体非完全圆周对称的结构特征,这里构建了一种调整导叶叶片布局的对称式-非均布导叶结构及相应的约束性设计方法。该方法既考虑了导叶叶栅距离又考虑了导叶的装配位置,并能够表征包含常规均布导叶结构在内的多数设计情况。联合应用多目标优化设计方法实施了对称式-非均布导叶结构的优化设计,在获得了最优结构同时,还探究了设计参数对性能的影响规律。数值证明了优化后的新型导叶结构能够有效提升核主泵在0.8～1.2设计流量的性能;并能有效改善泵出口段的非定常压力脉动特性。最后,在国家工业泵质量监督检测中心搭建试验台并对上述关键研究结论进行了系列组合验证试验:定常性能测试、非定常的压力脉动和振动加速测试结果证明了应用研究中所提的约束性设计方法来进行核主泵水力模型核心部件研发的可行性。
万丽佳[2]（2020）在《叶片包角与叶片数协同设计对离心泵固液两相流的影响研究》文中指出离心泵作为工农业领域中常用的通用机械,其叶轮的参数设计是影响性能的关键点,而叶片包角与叶片数的参数设计对其性能的影响尤为重要,但目前大多数学者均是单一改变叶片包角或叶片数对此研究,对叶片包角与叶片数的协同设计研究较少。在实际工程中,输送介质一般为多相流,因此对于运行在固液两相流条件下的离心泵而言,协同研究尤为重要,故本文将探索高比转速离心泵叶片包角与叶片数两参数协同设计方法并对其协同设计的高比转速离心泵固液两相流进行深入研究,为后续叶片参数对离心泵固液两相流的影响研究提供一定的参考。论文基于现代泵设计理论及数值模拟方法,对高比转速离心泵叶片包角与叶片数进行协同设计方案的确定,建立高比转速离心泵三维流动计算模型,在定常及非定常条件下利用流体分析软件CFX数值模拟了离心泵的固液两相流。对高比转速离心泵在不同颗粒浓度下其叶片包角与叶片数协同设计的效率、扬程等性能变化情况进行了分析,得到了在某一颗粒浓度下各种研究方案的叶轮压力分布、叶轮颗粒速度分布、叶轮颗粒体积分数分布规律及无量纲化后颗粒速度与颗粒体积分数在叶轮叶片上具体位置分布的具体量。同时在叶轮流道及蜗壳内设置了监测点,对其瞬时压力、瞬时湍动能、压力脉动、径向力等的变化情况进行了探讨。主要研究成果如下:（1）清水条件下,随叶片包角的增大,离心泵的效率逐渐增大,扬程先增大后减小。固液两相流条件下,随叶片包角的增大,离心泵的效率先增大后减小,扬程逐渐降低。在含沙情况下,包角的变化对最优效率值的影响不大,包角的增加使叶轮内压力整体降低,却改善了叶轮内颗粒体积分布、蜗壳内压力脉动、设计流量下的叶轮及隔舌径向力,但会增大叶轮内颗粒速度、设计流量及大流量工况的叶轮整体压力脉动。（2）清水条件与固液两相流条件下,随着叶片数的增大,离心泵的效率、扬程均增大。在含沙情况下,叶片数的变化对最优效率值的影响不大,叶片数的增加使叶轮内整体压力变大,固体速度降低,颗粒体积分数分布变差,同时减小了离心泵整体压力脉动。（3）叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,固液两相流及清水条件下离心泵的最优叶片包角值均随着叶片数的增加逐渐减小。固液两相流条件与清水条件相比,不同叶片数方案的效率最优包角值更小,高效范围也更窄,扬程下降速度更快。协同设计对固液两相流条件下离心泵效率的影响比清水的更大。固液两相流条件下“Z=7与φ=80°”方案中的效率达到最优。（4）叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,叶轮内的固相较大速度出现在叶片前缘,经流道中段区域延伸到出水边附近的叶片工作面,且颗粒主要集中在叶片吸力面后半段。在不同流量下,适当同时增大叶片包角与叶片数将使叶轮内的压力、固体速度及固相体积分数分布得到一定的改善,但当叶片包角、叶片数任意一者增加过大时,叶轮内的压力、固体速度及固相体积分数分布会变差,其中“Z=7与φ=100°”方案中的压力分布最优,“Z=6与φ=90°”方案中的颗粒速度分布最优,“Z=5与φ=110°”方案中的颗粒体积分数分布最优。（5）叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,同一周期内,压力均呈梯度变化,湍动能集中在叶片吸力面。适当同时增大包角和叶片数能改善叶轮的瞬时压力、瞬时湍动能、离心泵的压力脉动及径向力,但当二者都增加过多时,叶轮的瞬时压力、瞬时湍动能、离心泵的压力脉动、径向力分布会变差。存在“Z=6与φ=90°”方案中的瞬时湍动能、“Z=7与φ=100°”方案中的瞬时压力与压力脉动、“Z=5与φ=110°”方案中的径向力最优。（6）叶片包角与叶片数的各协同设计方案中,不同颗粒浓度条件下,离心泵效率最优点的包角值随叶片数的增加而降低。随着颗粒浓度的增大,各叶片数方案的效率、扬程及其最优叶片包角均减小。存在清水、颗粒浓度Cv=1%、Cv=2%、Cv=3%条件下以效率为目标的最优协同方案分别是“Z=7和φ=100°”、“Z=7和φ=100°”、“Z=7和φ=80°”、“Z=7和φ=70°”。
王万宏[3]（2020）在《缝隙引流叶轮对低比转速离心泵性能的影响机理研究》文中进行了进一步梳理如何提高泵的效率和稳定性一直是离心泵研究中的重点和难点。低比转速离心泵由于流道狭长而加剧了圆盘摩擦损失和流道中液体扩散,导致性能较低;相比中、高比转速离心泵,更易发生流动分离并引发振动噪声等影响离心泵稳定运行的现象。因此,掌握低比转速离心泵的非稳态特性,提高其运行稳定性显得尤为重要。近年来,气动领域中的一些学者发现通过缝隙引流可以提高叶轮的性能,但目前仍未掌握其影响机理,尤其是在泵领域的应用还非常少。本文以ZA20-250型低比转速离心泵为研究对象,利用缝隙引流技术对传统叶轮进行开缝处理,采用正交设计、数值计算与试验相结合的方法研究了缝隙引流叶轮对低比转速离心泵性能的影响,以及在稳态和非稳态特性方面的差异。本文的主要研究内容及取得的成果如下:（1）简要回顾了缝隙引流叶轮在气动领域和泵领域的研究现状,对CFD技术在低比转速离心泵中的应用进行了概述。（2）对ZA20-250型低比转速离心泵进行了数值计算分析、泵性能试验及压力脉动试验。将数值计算预测结果和试验结果进行了对比,结果表明两者具有较高的吻合度,验证了数值计算方法的准确性,为后续的分析研究奠定了基础。（3）本文中利用正交试验的方法进行缝隙引流叶轮的设计,选取开缝直径、缝隙宽度和长短叶片搭接长度作为正交因素,每个因素选取四个水平,分析了各因素对缝隙引流叶轮性能影响的主次程度。根据正交试验结果发现,不同流量时影响缝隙引流叶轮性能的主次因素是不同的。0.6Qd时影响扬程和效率的主次顺序为:开缝直径﹥缝隙宽度﹥长短叶片搭接长度;1.0Qd和1.4Qd时影响扬程的主次顺序为:缝隙宽度﹥开缝直径﹥长短叶片搭接长度;1.0Qd时影响效率的主次顺序为:缝隙宽度﹥开缝直径﹥长短叶片搭接长度;1.4Qd时影响效率的主次顺序为:开缝直径﹥缝隙宽度﹥长短叶片搭接长度。因此,确定开缝直径和缝隙宽度是影响缝隙引流叶轮性能的主要参数。（4）为进一步研究开缝直径和缝隙宽度对缝隙引流叶轮的影响机理,设计了四个缝隙引流叶轮模型,分别在直径90mm、180mm位置开缝,在同一开缝位置又分别设置缝隙宽度1.5mm和6.0mm,通过定常计算结果对比分析了原模型和四个新模型的流场分布差异。结果表明:合理的缝隙宽度可以抑制叶片压力面的流动分离,改善叶轮内液体流动,减小流道中液体堵塞。在采用相同缝隙宽度时,开缝直径对叶轮性能的影响较大,在叶片前端开缝的性能优于叶片尾缘开缝;在采用相同开缝直径时,较小的缝隙宽度可以获得更好的泵性能,缝隙宽度过大会造成泵性能的急剧下降。（5）对五个模型进行了非定常计算,对比分析了缝隙引流叶轮和传统叶轮在非稳态压力脉动和径向力方面的差异。结果表明:合理的开缝可以降低低比转速离心泵内部的压力脉动和径向力,提高泵的运行稳定性。在叶片前端开缝降低了小流量工况时离心泵内压力脉动,对大流量工况时离心泵内压力脉动影响较弱,同时径向力减小;在叶片尾缘开缝时减弱了离心泵内压力脉动传播,蜗壳流道下游出现压力脉动的急剧衰减,但径向力增大,同时交变作用频率增大,破坏了运行稳定性。
郭荣,李仁年,张人会[4]（2019）在《射流离心泵动静叶栅匹配的水力与声学性能优化设计》文中指出为提高射流离心泵叶轮和导叶水力设计水平,优化动静干涉对泵的水力性能及其声学响应特性影响,采用正交试验方法结合CFD/CFA（计算流体动力学/计算流体声学）技术对叶轮与正导叶的动静叶栅匹配进行多目标优化设计,试验设计统筹考虑叶轮和正导叶相关结构参数,分析叶轮叶片数、叶轮叶片型线、导叶叶片数、导叶叶片型线及动静叶栅间隙对射流离心泵扬程、水力效率和动静叶栅内部流体动力噪声的影响规律,采用矩阵分析法确定多目标优化方案,获得综合性能最优的动静叶栅匹配组合。结果表明:优化后,额定工况下泵的扬程不变,水力效率提高0. 5个百分点,动静叶栅内的整体噪声明显降低,其中叶轮诱导噪声降低7. 1%,导叶诱导噪声提高2. 2%,验证了权矩阵分析法确定多指标优化方案的可行性;低噪声射流离心泵设计的关键是合理确定动静叶栅间隙及动静叶栅的叶片数;动静叶栅的不同匹配方案对射流离心泵扬程的影响比对其水力效率的影响更加敏感,对导叶诱导噪声的影响比对叶轮诱导噪声的影响更加敏感;压力脉动引起具有偶极子特性的流体动力噪声,导叶诱导噪声的频谱特性与压力脉动的频谱特性基本一致,但叶轮诱导噪声的频谱特性与压力脉动的频谱特性有较明显的区别。
司乔瑞[5]（2014）在《离心泵低噪声水力设计及动静干涉机理研究》文中提出本文是在国家杰出青年科学基金“离心泵基础理论和节能关键技术研究”（50825902）、国家科技支撑计划项目“百万千瓦级核电离心泵关键技术研究”（2011BAF14B04）和江苏省研究生创新基金“离心泵低噪声水力设计方法及关键技术研究”（CXZZ12-0679）的资助下开展工作。随着环境法规的出台,用户对产品的振动噪声指标提出更高的要求,掌握离心泵噪声产生机理以及如何在传统离心泵设计方法的基础上,通过优化几何参数提高离心泵的水力效率和降低离心泵的噪声水平,成为一个重要的研究课题。本文采用机理分析、试验测试和数值模拟相结合的方法对离心泵流动噪声的特性进行研究,旨在建立若干高效率低噪声离心泵水力设计准则。本文的主要工作和创造性成果有：1.系统总结分析了离心泵噪声的分类和产生原因,提出现有的离心泵噪声测量和评价标准已不能满足其噪声评估的需要,离心泵流动诱导噪声是离心泵机组噪声测量和评估的关键。研究表明离心泵流动诱导噪声产生的重要因素是其内部流场的不稳定流体力,来源主要包括：动静部件间的干涉作用,非设计工况下的叶轮径向力和不稳定流动现象等。2.搭建了离心泵流动诱导噪声测试平台,建立了无源四端网络法声学测试模型,试验研究了离心泵流动噪声随运行工况（变流量和变转速）的变化规律,分析了回流和空化发生时的流动噪声特性。通过研究叶轮切割对模型泵流动噪声声压级和空化性能的影响,提出叶轮和隔舌之间的最佳间隙值。结果表明：模型泵在小流量时发生回流,噪声声压级保持较高的水平,0.6Qd以后,声压级随流量的增大先减小,并在最高效率点达到最小,然后迅速增加；随着转速的提高,离心泵进、出口流动诱导噪声声压级呈线性上升,离心泵出口的流动噪声变化要比进口大；随着空化系数的减小,流动噪声的总声压级逐渐升高,并在达到极值后降低；模型泵叶轮和隔舌之间的最优间隙值为15%,间隙值小于最优值时,叶轮切割能明显降低流动噪声声压级并提升模型泵空化性能；在高效区运行时,流动噪声的主频为叶频及其倍频,轴频及其倍频也存在极值,回流现象发生时由于进口预旋造成流道堵塞,流动噪声的能量往轴频及超低频集中,空化现象发生时,随着空化系数的降低,噪声谱的能量往高频集中,但低频区叶片通过频率及其倍频的峰值逐渐减小直至消失。3.采用结合计算流体力学和计算声学（CFD/CA）的混合算法对IS65-50-165模型泵的流动诱导噪声进行求解,并分析了声振耦合作用对流动诱导噪声计算的影响。发现流场求解时,采用Scale Adaptive Simulation （SAS）湍流模拟既能避免对网格和计算资源的过高需求,又能满足计算声源信息的需要。研究结果表明：距离隔舌位置近的监测点脉动强度较大,表明叶轮和蜗壳隔舌的动静干涉作用是引起流场脉动的主要原因,隔舌部位是主要的噪声源；经过试验验证,在泵高效运行区间内基于CFD/CA的数值计算求解误差在3.1%以内,完全能满足工程优化的需要,其中声学边界元法在叶频及其倍频噪声声压级求解方面有优势,声学有限元法虽然建模较复杂,但能直接展现流场体声源分布并考虑宽频湍流噪声的求解,计算结果与实际更加吻合；泵在非高效区运行时,仅采用偶极子声源进行声场计算将不能准确反映模型泵的声场特性；声振耦合作用对叶片通过频率下声压级的求解影响很小。4.以叶频噪声声压级、扬程、效率和轴功率这四个指标作为判断标准,首次采用权矩阵方法借助数值模拟技术对离心泵叶轮进行多目标优化设计,得到一组水力模型优化方案。通过优化叶轮与原型叶轮的试验对比,发现该优化模型全部达标,验证了数值优化方法的可行性。通过PIV内流场测试发现：隔舌对流场影响很大,受叶轮和隔舌动静干涉影响,流场内速度的大小、云图分布都呈现周期性变化,这种干涉作用不但直接作用在隔舌附近流体,还能沿上游传播影响叶轮进口的流动；高效率低噪声离心泵叶轮设计的关键是选择合理的叶轮和隔舌间隙,以及减弱叶轮出口的尾流脉动。5.提出了能较大幅度降低电动离心泵机组辐射噪声的引射装置,试验比较了原型泵、添加正常引射管径（dy=6mm）和偏大引射管径（dy=12mm）三种模型泵的性能,并首次数值计算了包含引射流在内的离心泵内部流场。研究结果表明：风扇空气动力学噪声是离心泵机组运行时产生辐射噪声中重要的组成部分,采用引射装置后,辐射噪声降低约8.3dB; dy=6mm时,模型泵扬程、效率和轴功率的变化均不大,小流量下模型泵的临界空化余量变小,加设引射管能够有效减弱回流强度,并降低回流发生的关键流量点；dy=6mm时,由于引射管较大地增加了叶轮实际流量,模型泵的轴功率增幅明显,而扬程和效率下降很快,同时,由于垂直入射的引射管流太大,造成回流发生时进口流场的进一步紊乱,抵消了其进口增压作用,并引起空化性能的恶化。6.基于法国国立高等工程技术学校的动静干涉实验台,在某导叶式离心泵模型上进行了三孔探针、PIV、导叶叶片静压和进口流动噪声的瞬态测量等试验,通过评估导叶压力恢复能力和分析叶轮上、下游流场的瞬态特性,对离心泵动静干涉作用引起的湍流脉动机理进行了研究。研究结果表明：导叶内脉动的速度场存在变化明显的径向分量,表明模型泵整体等同于声源向外辐射噪声,速度场的切向脉动更加强烈表明声源具有明显的偶极子特征；按压力损失情况可以将导叶划分为无叶片区域、导叶进口至喉部区域和喉部下游区域,导叶静压恢复系数随流量的减小而变大；导叶设计流量下叶轮出口至导叶喉部区域的压力损失最小；小于设计流量时,压力损失主要集中在导叶无叶片区域,较大的液流角引起导叶进口的回流,复杂的流动结构造成较大的能量损失,并且随着流量的逐步减小叶轮进口发生回流,回流可以延伸到进口管形成失速团,这是小流量情况下湍流噪声的主要来源；大流量下压力损失主要发生在导叶喉部以后区域,导叶压力面附近的流动分离是压力损失和流动噪声的主要原因,但由于叶轮的阻隔下游的宽频湍流噪声不易传播到上游进口管。
黄瑞剑[6]（2020）在《离心叶轮内部弱可压流动特性数值研究》文中进行了进一步梳理作为高速旋转的叶轮机械,离心泵内的流体呈现弱可压特性。传统的湍流模型采用不可压缩假设来达到简化N-S方程的目的,这是由于压力变化过小导致密度的变化可以忽略。实际上,流体本身有一定的弹性,在实际流动中呈现出弱可压的性质。研究表明,采用弱可压缩模型更能反映低马赫数时的真实流动状态,有利于叶轮机械的内部流动特性的分析。本文将弱可压缩流动方程与标准k-ε模型、DES（Detached eddy simulation）模型相结合,以期更好地揭示离心叶轮的内部流动机理。主要工作和研究成果如下:（1）采用弱可压模型对多弯头管路泄漏进行数值模拟,结果表明采用弱可压模型可以计算得到泄漏管路内部的负压波传递现象,其传递规律与实验符合。通过分析弯头内各截面的速度分布及其对负压波前缘的影响,发现弯头内涡与波的相互作用现象。结合湍流粘度及湍动频率分析,揭示了弯头内的高粘滞力与脉动量频率加快了流元的体积压缩和膨胀,造成负压波在弯头的传递速度大于直管。通过控制组分析各弯头参数对负压波传递特性的影响,提出了负压波泄漏定位法中的弯头当量长度的计算公式,进一步验证了弱可压模型的适用性。（2）将弱可压模型应用于离心叶轮的数值模拟,并对比弱可压模型、不可压模型与实验的扬程结果。结果表明,弱可压模型的扬程预测精度略高于不可压模型,在0.8Qd时的精度提升为0.73%。对比内部流场信息,发现小流量工况下（0.3Qd、0.6Qd、0.8Qd）弱可压模型在流道进口及叶片压力面前端处的最小压力及其无量纲量的区域面积较大。在流道内的最大流向压力梯度区域较小且分布紧贴叶片壁面,对流道壁面及流道出口的旋涡生长与能量输运的影响较大,导致叶轮内旋涡结构复杂、能量损耗较大。较大的机械能损耗导致计算的扬程值降低,与实验结果符合的更好。通过计算分析不同转速对弱可压特性的影响,发现当转速在1000r/min和1200r/min时外部扬程误差小于4%,且叶轮中心区域密度、压力分布差异显着,内部流动较为稳定。（3）结合DES湍流模型与弱可压模型,对小流量工况下离心叶轮内部进行非定常数值模拟,并分析一个转动周期内叶轮内部流场信息变化,流道出口及出口发展段的压力变化情况。结果表明,弱可压模型预测的流道漩涡结构多于不可压模型,在叶片壁面、流道出口的Q值、压力梯度和拟涡能分布随时间的变化较大。弱可压模型的拟涡能增加,带来的机械能损失更大,会影响到扬程的降低;同时,旋涡增多使得流动不稳定结构变多,加剧了流道出口处压力脉动,静压差值最大达到700Pa,轴频处的压力脉动幅值为80;流道出口发展段在轴频处的压力脉动幅值较大,静压系数预测的流动分离现象更为明显。
王玉勤,丁泽文,霍新旺,季海龙[7]（2018）在《基于正交试验的离心泵空化性能优化设计》文中认为针对当前离心泵在使用过程中抗空化性能差的问题,在现有IH80-50-250型化工离心泵的基础上,建立以泵汽蚀余量为目标函数的优化数学模型,采用正交试验对离心泵进行优化设计。基于L16（45）正交表,选取叶轮进口直径、叶轮出口直径、叶片进口安放角、叶片出口安放角和叶片包角5个参数制定出16组正交试验方案。使用计算流体动力学技术对16组离心泵模型进行流场模拟,采用极差分析得到各参数对优化指标的影响顺序,并获得一组最优方案。采用Pump Linx软件模拟得到原型泵与优化泵在不同工况下的泵汽蚀余量以及在额定转速下离心泵的蒸汽质量分数,对比结果表明,优化泵的泵汽蚀余量和蒸汽质量分数分别降低了28.87%和21.02%,提高了离心泵的抗空化能力,验证了正交试验方法的可行性和准确性,为离心泵的优化设计提供了参考。
孙健[8]（2021）在《离心泵变工况瞬态过程内流特性研究》文中研究说明离心泵常通过不同调节方式改变运行工况,以满足对其工况转换灵活的需求。目前离心泵内部流动的研究多集中于稳定工况,对于节流调节和变速调节等变工况瞬态过程中离心泵内流特性的研究相对较少,且对离心泵稳定运行时的内部流场与压力脉动特性研究缺乏与实际工况的结合。本文通过建立IS 80-65-160型离心泵三维模型,探究节流与变速调节对应稳定工况下离心泵的内流特征及压力脉动特性;模拟离心泵节流调节和变速调节瞬态过程,揭示该过程中离心泵的瞬态特性和内流机理,并探究了节流调节中调阀时间和调阀方式、变速调节中变速时间和变速方式对离心泵变工况瞬态过程的影响。本文的主要内容和结论如下:（1）分析离心泵变工况调节原理和对离心泵三维建模是开展离心泵变工况瞬态过程研究的理论依据和模型基础。基于此,本文借助离心泵变工况运行调节理论,分析了离心泵在不同调节方式下的水力性能和能耗特性;利用Pro E和ICEM软件对IS 80-65-160单级清水离心泵进行三维建模与网格划分。结果表明:相比于节流调节,变速调节具有明显的节能优势;所建的离心泵三维模型经验证具有较高可靠性。（2）离心泵的水力性能是其内流特性的重要表征,少有结合离心泵运行调节理论,分析泵内流动机理,指导工程中离心泵调节方式选择的研究。基于此,本文结合离心泵节流和变速调节时的性能及能耗表现,借助CFX数值模拟节流和变速调节对应不同稳定工况下的内部流场,探究离心泵不同调节方式下水力性能表现对应的内部流场响应及压力脉动特性。结果表明:（1）变速调节的节能和稳定优势随着流量调节范围增大逐渐明显。对于该泵,变速调节时,离心泵主要是通过改善叶轮内、隔舌、进口段的流态保持高效运行。（2）流量运行工况是决定压力脉动强度的重要因素。变速运行时,离心泵高稳定性表现主要是降低了叶轮和隔舌处的振动幅度。（3）节流调节属于变流量瞬态过程,对于此过程中离心泵的水力性能和内流特性有待深入分析。同时,工程中也缺乏确定节流调节中调阀时间和调阀方式的有效指导。基于此,本文利用CFX模拟了节流调节变流量瞬态过程,分析过程中离心泵的水力性能及内流表现,并探究调阀方式和调阀时间对节流调节瞬态过程的影响。结果表明:（1）节流调节瞬态过程中泵内流线分布更为集中、紧凑,具有明显的瞬态效应,过程中离心泵受到强烈的压力与速度冲击。（2）较短的调阀时间以及指数型调阀方式初始阶段中,离心泵的水力性能和内部流场变化更剧烈,瞬态效应更强。（4）变速调节瞬态过程中离心泵内流特性的研究偏少。同时,工程中在变速调节技术应用层面对于变速方式和变速时间的确定缺乏泵内流动特性的考虑。基于此,本文借助Flowmaster软件搭建离心泵管网系统,将获取的边界条件带入CFX模拟离心泵变速调节瞬态过程,揭示离心泵的瞬态特性和内流机理。同时,引入控制系统评价指标,结合泵内流场分析,探究变速时间和变速方式对变速调节瞬态过程的影响。结果表明:（1）瞬态过程中无量纲外特性参数同准稳态过程有明显差异,泵内流场相比准稳态过程湍动能更大,涡量更强,流线分布更集中。（2）离心泵变速调节过程具有明显的阶段特性,阶段Ⅱ（0.1s<t<0.2s/0.4s）中离心泵的瞬态性能和内部流场变化更剧烈。（3）变速时间越短,离心泵瞬态效应越强,外特性参数随转速同步性越强。总体而言,较长的变速时间和指数型变速方式下,离心泵在瞬态过程中的水力性能表现更优异。
王延锋[9]（2020）在《径向式导叶多级泵内部流动机理及水力性能优化研究》文中指出我国70%以上的矿山资源开采以地下开采为主,随着矿井深度的增加,水文地质条件复杂且地下矿井含水层以及不确定水源诱发的矿井涌水严重影响着矿井的安全建设与矿山资源的安全开采。《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2015）明确规定,针对大水矿井的建设必须配备工作、备用和检修三套水泵排水系统,以加强矿井排水能力。径向式导叶多级泵具有高扬程和大流量的特点,在矿井水的排放与处理过程中,逐渐成为了单机运转时间最长、耗电量最大的矿井排水装备。径向式导叶多级泵的主要过流部件由两个或两个以上的离心泵过流部件通过串联的方式连接而成,流道结构复杂,且泵内流体经历径向-轴向-径向交替变化的过程。与单级离心泵相比,其运行效率偏低,与国外离心泵运行效率相比低10%左右。因此针对径向式导叶多级泵运行时的低效率与高能耗现象,开展径向式导叶多级泵水力性能优化研究,具有重要的现实意义和实际经济效益。本文以径向式导叶多级泵为研究对象,通过理论分析、数值模拟和试验研究三者相结合的方法,对径向式导叶多级泵不同流量工况下的定常流动与非定常流动计算,探索了泵内不稳定流动现象的流动结构、产生机理与流动规律,基于熵产理论研究了不同流量工况下泵内熵产值与流动损失大小,通过性能试验和非定常压力脉动试验,获得了泵内非定常压力脉动的原始试验数据并对其进行了时域与频域分析,验证定常计算和非定常计算数值模拟求解策略的正确性与科学性,构建了基于神经网络与遗传算法的径向式导叶多级泵水力性能优化模型,探索了过流部件关键几何参数的最优组合方式,实现了径向式导叶多级泵的节能改造与水力性能改善,为同类型或相似泵产品的优化设计与节能改造提供了有益借鉴,论文具体研究内容如下:（1）径向式导叶多级泵内定常流动特性研究根据径向式导叶多级泵过流部件的结构特征,在分析泵内部流体流动特征的基础上,建立了 MD500-57×3型径向式导叶多级泵的流体计算域与内部流体流动控制方程,进一步确定了数值模拟求解理论、网格划分与优化以及数值模拟求解策略,为深入研究径向式导叶多级泵内部流动结构与流动机理奠定了基础;运用ANSYS FLUENT软件分别采用流场定常计算对不同流量工况条件下泵内部流场流动特性进行分析,探索了泵内流场流动特性与流动规律。研究表明:①通过对不同流量下各级叶轮与径向式导叶外特性特征的研究,结果表明首级叶轮运行效率最低,各级径向式导叶内流动损失均较大。②通过对不同流量工况下各级叶轮和径向式导叶内流场的静压分布、速度场分布以及叶轮和导叶交界面处速度矢量分布的相关研究,表明二次流、叶轮进出口回流、漩涡、射流-尾迹以及动静部件干涉等不稳定流动现象是导致泵内流动损失,影响整泵效率偏低的关键原因,同时对泵内不稳定流动现象发生的区域进行了预测。（2）径向式导叶多级泵内非定常压力脉动特性研究以定常计算结果作为非定常计算的初始值,对不同流量工况下MD500-57×3型径向式导叶多级泵内流场的非定常压力脉动特性进行了数值计算,通过各个过流部件内流体压力脉动的时域与频域特性分析,揭示了不同流量工况下各级过流部件内部流场的非定常特性,为后续径向式导叶多级泵内部流动损失的研究奠定基础。研究表明:①通过各级叶轮和导叶内压力脉动时域特性分析,表明不同流量下各级叶轮内压力脉动周期与各级叶轮叶片数相同,且各级叶轮从叶轮进口到叶轮出口,压力脉动系数幅值逐渐增大且呈现非对称性分布,随流量的增大,压力脉动系数非对称分布越明显且压力脉动系数幅值越大;而各级导叶内部监测点的压力脉动主要受到本级叶轮旋转的影响。②通过各级叶轮和导叶内压力脉动频域特性分析,表明各级叶轮内各监测点压力脉动系数主频分别为各级叶轮的叶频,从首级叶轮进口到出口处,低频信号逐渐减小直至消失,高频信号不断增强,而次级和末级叶轮内压力脉动系数频率增加了一些低频信号,随泵级数的增加,低频信号逐渐增强;而各级导叶内部监测点的压力脉动主要受到本级叶轮旋转的影响。③通过不同流量下各级叶轮进出口处压力脉动频域特性分析,首级叶轮进口处的压力脉动源以首级叶轮旋转作用为主,次级和末级叶轮进口处受多个压力脉动源共同作用;各级叶轮出口处压力脉动源主要是动静部件干涉作用,几乎不受其它压力脉动源的影响。④通过各级叶轮流道内分离涡现象与流体压力脉动之间的影响关系研究,揭示了不稳定流动涡所引起的宽频脉动具体分布频率段,表明由该不稳定涡引起的宽频脉动通常小于叶频。（3）径向式导叶多级泵的熵产分析与流动损失研究根据MD500-57×3型径向式导叶多级泵定常与非定常的计算结果,采用熵产理论分别对不同流量工况条件下径向式导叶多级泵各级过流部件内各类熵产与总熵产的位置与大小进行分析,结合相应位置处泵内流场的静压分布、速度分布以及流线分布等特征,探索了泵内熵产的产生机理与变化规律,获得泵内全流道的水力损失大小。研究结果表明:①在设计工况下整泵机组内总熵产最小,且首级叶轮、次级叶轮和末级叶轮内熵产值几乎相等,三者总和约占整泵机组总熵产的77.04%。②随流量的增大由黏性耗散所引起的黏性熵产逐渐减小,而由湍流耗散所引起的湍流熵产呈现先减小后增大的趋势。③随流量的增大由黏性耗散所引起的黏性熵产逐渐增加,由湍流耗散所引起的湍流熵产也逐渐增大。（4）水力性能试验及非定常压力脉动试验研究。①通过径向式导叶多级泵的水力性能试验,获得了流量-扬程和流量-效率等外特性曲线,表明当泵流量小于360m3/h（即设计工况的0.72倍）时,泵效率曲线出现明显下降趋势,通过定常计算结果与水力性能试验结果的对比分析,验证了定常计算数值模拟求解策略的科学性以及计算结果的正确性。②通过不同流量下首级叶轮出口处非定常数值计算结果与试验结果的时域与频域特性对比分析,表明非定常数值计算结果与试验结果相一致,验证了非定常数值模拟计算结果的正确性与科学性。③通过扬程脉动特性时域分析,发现试验泵在不同流量下扬程随各级叶轮的旋转无明显的周期性变化规律,但在小流量下试验泵的扬程脉动量较大（最大脉动量为2.1m）,而首级叶轮扬程脉动极大值在时域上随泵流量的增大逐渐滞后,而极小值在时域上随泵流量的增大逐渐超前。④通过各级叶轮出口处静态压力分布分析,发现各级叶轮出口静压分布的不均匀程度随着流量的增大先减小后增大,额定流量工况附近静压分布的不均匀程度最低,小流量和大流量工况的静压不均匀性都明显增强。⑤通过各级叶轮出口处压力脉动的时域分析,表明各级叶轮出口的压力脉动情况主要由叶轮的旋转以及叶轮叶片数决定;通过各级叶轮出口处压力脉动的频域分析,表明不同流量下各级叶轮出口处压力脉动的幅值最大处均出现在轴频处,且压力脉动的高频幅值衰减极快。（5）构建基于神经网络与遗传算法的水力性能优化设计体系根据速度系数法和工程实践经验,对过流部件关键几何参数的取值范围进行了研究确定,以过流部件关键几何参数为输入层,以研究对象的扬程、效率与泵内总熵产值为输出层,构建了输入层为13个神经元、隐含层为10个神经元、输出层为3个神经元的BP神经网络,结合遗传算法,将神经网络的误差值作为遗传算法的目标函数值,建立了基于遗传算法与神经网络的水力性能预测模型;采用正交试验设计方法构建试验参数的正交试验方案,运用数值模拟计算方法对正交试验方案进行求解,获得试验参数的训练样本,并对神经网络进行训练与测试;针对过流部件关键几何参数的取值范围,对径向式导叶多级泵的水力性能指标进行全局优化,获得过流部件关键几何参数的最优组合方案,通过试验表明设计工况下扬程增加了 2.4m,效率提高了 3.34%,且高效区范围变宽,同时也表明本文提出的水力性能优化设计方法的可行性与科学性。
周佩剑,王福军,姚志峰[10]（2015）在《旋转失速条件下离心泵隔舌区动静干涉效应》文中研究指明为研究旋转失速条件下离心泵隔舌区动静干涉效应和流动特性,采用大涡模拟方法对一离心泵进行了数值模拟,得到了水泵内部流场和隔舌区压力脉动特性。对不同旋转时刻的内部流动进行分析,发现当流量小于0.75倍额定流量时,叶轮中发生了旋转失速,并且由于隔舌附近逆压梯度较大,当叶轮流道通过隔舌处时会发生"固定失速"的流动现象。对旋转失速条件下蜗壳上的压力脉动进行分析,发现蜗壳隔舌处的压力脉动幅值最高,沿着流动方向依次减小。当旋转失速发生以后,蜗壳上的压力脉动幅值约为非失速工况下的23倍,并随着流量减小,压力脉动主频幅值增大。在旋转失速初始阶段,隔舌区"固定失速"对压力脉动的影响较弱,旋转失速的影响占主导,蜗壳上的压力脉动主频为0.5倍叶频;而当流量进一步减小至0.25倍额定流量时,隔舌区的"固定失速"对压力脉动的影响作用增强,削弱了旋转失速的作用,蜗壳上靠近隔舌区的压力脉动主频为叶频,而远离隔舌区的位置受"固定失速"影响较小,旋转失速的影响占主导,主频仍是0.5倍叶频。该研究结果可为离心泵机组运行稳定性提供参考。
二、4B15离心泵试验结果分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、4B15离心泵试验结果分析（论文提纲范文）
（1）CAP1400核主泵水力模型核心部件约束性设计方法研究及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 核主泵优化设计研究进展 |
| 1.2.2 过流结构约束性设计方法研究现状 |
| 1.3 目前存在的不足和局限性 |
| 1.4 本文主要的研究内容 |
| 2 模型部件及研究方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 模型部件 |
| 2.3 数值模拟方法 |
| 2.4 叶轮和导叶三维造型方法 |
| 2.5 智能算法 |
| 2.5.1 粒子群算法(PSO) |
| 2.5.2 第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ) |
| 2.5.3 两类算法在研究中的应用 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 新型流道约束性设计方法及应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 新型流道约束性设计方法原理 |
| 3.2.1 中轴变换(MAT)理论约束的新变形 |
| 3.2.2 包络圆方程约束 |
| 3.2.3 过水截面方程约束 |
| 3.2.4 两类新的辅助约束及相应的设计流程 |
| 3.3 新型流道约束性设计方法的有效性评估 |
| 3.3.1 经典离心泵流道结构的实例设计验证 |
| 3.3.2 经典斜流泵流道结构的实例设计验证 |
| 3.3.3 经典离心风机流道的实例设计验证 |
| 3.3.4 设计总结 |
| 3.4 流道约束性设计方法在不同比转速泵轮流道归一化设计中的应用 |
| 3.4.1 已有叶轮流道初始设计参数的统计与拟合 |
| 3.4.2 基于经典结构的叶轮流道设计参数拓展 |
| 3.4.3 流道归一化设计程序开发与应用验证 |
| 3.4.4 设计总结 |
| 3.5 流道约束性设计方法在核主泵水力模型高效低轴向载荷改型中的应用 |
| 3.5.1 研究思路 |
| 3.5.2 多目标优化的实施 |
| 3.5.3 设计总结 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 叶轮叶片和导叶叶片新型约束性设计方法及应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 叶轮叶片新型约束性设计方法原理及应用测试 |
| 4.2.1 叶轮叶片新型约束性设计方法原理 |
| 4.2.2 新型约束性设计方法在核主泵叶轮叶片设计中的设计验证 |
| 4.2.3 设计总结 |
| 4.3 导叶叶片新型约束性设计方法原理及应用测试 |
| 4.3.1 导叶叶片新型约束性设计方法原理 |
| 4.3.2 新型约束性设计方法在核主泵导叶叶片设计中的设计验证 |
| 4.3.3 设计总结 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于叶片约束性设计方法的模型部件开发流程的确定 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 核主泵高压力脉动关键影响因素分析 |
| 5.2.1 研究思路 |
| 5.2.2 基于NSGA-Ⅱ算法和新型约束设计方法的叶轮和导叶叶片优化 |
| 5.2.3 优化结果的内流及压力脉动分析 |
| 5.2.4 设计总结 |
| 5.3 核主泵高性能水力模型适配性开发流程的确定及应用 |
| 5.3.1 实例设计 |
| 5.3.2 设计总结 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 一种核主泵对称式-非均匀分布导叶约束性设计方法及应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 对称式-非均匀分布导叶约束性设计方法原理 |
| 6.2.1 对称式-非均匀分布导叶约束性设计 |
| 6.2.2 对称式-非均匀分布导叶装配位置的调整 |
| 6.3 基于LHS方法和BP Adaboost算法的最优化设计 |
| 6.3.1 BP Adaboost算法的基本原理 |
| 6.3.2 样本数据库的确定 |
| 6.3.3 BP Adaboost算法的可靠性证明 |
| 6.3.4 对称式-非均布导叶最优化结构的获取 |
| 6.3.5 内流分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 关键研究结论的试验验证 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 试验件组合方案 |
| 7.3 测试方法 |
| 7.4 测试结果分析 |
| 7.4.1 性能特性分析 |
| 7.4.2 压力脉动和振动加速度的分析 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）叶片包角与叶片数协同设计对离心泵固液两相流的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 离心泵固液两相流研究现状 |
| 1.3.1 定常固液两相流的研究现状 |
| 1.3.2 非定常固液两相流的研究现状 |
| 1.4 本文研究目的与内容 |
| 2 高比转速离心泵固液两相流理论与数值计算方法 |
| 2.1 固液两相流模型 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.3 数值计算方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 高比转速离心泵参数协同设计方法与模型建立 |
| 3.1 高比转速离心泵参数设计 |
| 3.1.1 叶轮基本参数的确定 |
| 3.1.2 叶轮进、出口角的确定 |
| 3.1.3 不同叶片数方案的确定 |
| 3.1.4 不同叶片包角方案的确定 |
| 3.1.5 固液两相流介质浓度的确定 |
| 3.1.6 叶片包角与叶片数协同设计方法与设计方案 |
| 3.2 高比转速离心泵模型建立 |
| 3.2.1 三维建模 |
| 3.2.2 网格划分 |
| 3.2.3 边界条件设置 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 高比转速离心泵固液两相流数值模拟 |
| 4.1 叶片包角对离心泵固液两相流动特性的影响 |
| 4.1.1 外特性分析 |
| 4.1.2 叶轮内部压力分析 |
| 4.1.3 叶轮内部速度场分析 |
| 4.1.4 叶轮内部固体体积分数分析 |
| 4.2 叶片数对离心泵固液两相流动特性的影响 |
| 4.2.1 外特性分析 |
| 4.2.2 叶轮内部压力分析 |
| 4.2.3 叶轮内部速度场分析 |
| 4.2.4 叶轮内部固体体积分数分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 叶片包角与叶片数协同设计对离心泵固液两相流稳态特性的影响 |
| 5.1 外特性分析 |
| 5.2 叶轮内部压力分析 |
| 5.3 叶轮内部颗粒速度场分析 |
| 5.4 叶轮固体体积分数分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 叶片包角与叶片数协同设计对离心泵固液两相流瞬态特性的影响 |
| 6.1 压力脉动监测点设置 |
| 6.2 叶轮内部压力瞬态分布 |
| 6.3 叶轮内部湍动能瞬态分布 |
| 6.4 离心泵压力脉动的分析 |
| 6.4.1 叶轮流道内的压力脉动时域分析 |
| 6.4.2 蜗壳内的压力脉动时域分析 |
| 6.4.3 叶轮流道内的压力脉动频域分析 |
| 6.4.4 蜗壳内的压力脉动频域分析 |
| 6.5 离心泵径向力的分析 |
| 6.5.1 径向力的计算 |
| 6.5.2 叶轮径向力分布 |
| 6.5.3 隔舌处径向力分布 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 不同颗粒浓度下协同设计方案对离心泵外特性的影响 |
| 7.1 不同颗粒浓度下协同设计方案离心泵的效率 |
| 7.2 不同颗粒浓度下协同设计方案离心泵的扬程 |
| 7.3 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（3）缝隙引流叶轮对低比转速离心泵性能的影响机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 缝隙引流叶轮国内研究现状 |
| 1.2.2 缝隙引流叶轮国外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容及方法 |
| 第二章 离心泵数值计算及性能试验 |
| 2.1 数值计算基本理论 |
| 2.1.1 流体力学基本控制方程 |
| 2.1.2 数值计算方法简介 |
| 2.2 离心泵数值计算方法 |
| 2.2.1 离心泵三维建模 |
| 2.2.2 网格划分 |
| 2.2.3 湍流模型 |
| 2.2.4 边界条件设置 |
| 2.3 试验装置简介 |
| 2.3.1 闭式试验台 |
| 2.3.2 试验测量设备 |
| 2.3.3 试验内容及步骤 |
| 2.4 试验结果与数值计算结果对比 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于正交试验的缝隙引流叶轮设计 |
| 3.1 缝隙引流叶轮正交设计 |
| 3.1.1 正交试验设计法简介 |
| 3.1.2 缝隙引流叶片参数选择 |
| 3.1.3 试验方案的确定 |
| 3.1.4 试验结果汇总 |
| 3.2 正交试验结果分析 |
| 3.2.1 试验结果直接分析 |
| 3.2.2 试验结果极差分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 缝隙引流叶轮与传统叶轮稳态特性的差异分析 |
| 4.1 90mm开缝直径时离心泵稳态特性分析 |
| 4.1.1 缝隙宽度对离心泵性能影响 |
| 4.1.2 内部流场差异分析 |
| 4.2 180mm开缝直径时离心泵稳态特性分析 |
| 4.2.1 缝隙宽度对离心泵性能影响 |
| 4.2.2 内部流场差异分析 |
| 4.3 不同开缝位置对离心泵稳态特性影响分析 |
| 4.3.1 开缝位置对离心泵性能影响 |
| 4.3.2 内部流场差异分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 缝隙引流叶轮对离心泵非稳态特性影响 |
| 5.1 离心泵压力脉动研究方法 |
| 5.1.1 离心泵压力脉动的产生机理 |
| 5.1.2 压力脉动监测点布置 |
| 5.1.3 压力脉动信号处理方法 |
| 5.1.4 压力脉动试验结果与数值计算结果对比 |
| 5.2 90mm开缝直径时离心泵压力脉动特性差异分析 |
| 5.2.1 时域分析 |
| 5.2.2 频域分析 |
| 5.3 180mm开缝直径时离心泵压力脉动特性差异分析 |
| 5.3.1 时域分析 |
| 5.3.2 频域分析 |
| 5.4 缝隙引流叶轮与传统叶轮径向力瞬态特性差异分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间取得的成果 |
（4）射流离心泵动静叶栅匹配的水力与声学性能优化设计（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 优化模型及试验设计方案 |
| 1.1 优化对象 |
| 1.2 叶片型线的参数化 |
| 1.3 试验设计方案 |
| 1.4 多目标优化方案的确定 |
| 2 数值计算方法 |
| 2.1 流场计算 |
| 2.2 声场计算 |
| 2.3 数值方法准确性验证 |
| 3 结果与分析 |
| 3.1 计算结果 |
| 3.2 直观分析 |
| 3.3 极差分析 |
| 3.4 综合性能优化方案 |
| 4 优化结果验证和分析 |
| 4.1 外特性对比 |
| 4.2 流场与声场分析 |
| 5 结论 |
（5）离心泵低噪声水力设计及动静干涉机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的和背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究现状小结 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 离心泵声学基础 |
| 2.1 离心泵噪声评价 |
| 2.1.1 离心泵机组声源分类及传播途径 |
| 2.1.2 离心泵噪声测量与评估方法 |
| 2.2 离心泵流动诱导噪声的产生及传播模型 |
| 2.3 离心泵内非定常流体力和非定常流动现象 |
| 2.3.1 径向力 |
| 2.3.2 动静干涉 |
| 2.3.3 进口不稳定来流和叶轮出口粘性尾流 |
| 2.3.4 不稳定流动现象 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 离心泵流动诱导噪声试验研究 |
| 3.1 离心泵流动噪声沿附属管道传播测试方法 |
| 3.1.1 影响离心泵流动诱导噪声测量精度的因素 |
| 3.1.2 测试方法 |
| 3.2 离心泵流动诱导噪声试验台 |
| 3.3 离心泵流动诱导噪声随流量变化的关系 |
| 3.4 离心泵流动诱导噪声随转速变化的关系 |
| 3.5 叶轮切割对离心泵流动诱导噪声的影响 |
| 3.6 离心泵进口回流噪声分析 |
| 3.6.1 进口回流流场特性 |
| 3.6.2 回流发生时离心泵流动诱导噪声特性 |
| 3.7 离心泵空化噪声分析 |
| 3.7.1 空化试验方法 |
| 3.7.2 空化发生时离心泵流动诱导噪声特性 |
| 3.7.3 叶轮切割对离心泵空化性能的影响 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 离心泵流动诱导噪声数值模拟 |
| 4.1 离心泵流动诱导噪声数值模拟方法 |
| 4.2 离心泵流场计算 |
| 4.2.1 流场计算模型 |
| 4.2.2 流场计算域、网格划分及湍流模型选择 |
| 4.2.3 外特性计算结果 |
| 4.2.4 径向力和流场压力脉动分析 |
| 4.3 基于CFD与声学边界元的离心泵流动诱导噪声计算 |
| 4.3.1 声学边界元网格模型及场点设置 |
| 4.3.2 声场计算结果 |
| 4.3.3 进、出口场点声压级频域响应计算 |
| 4.4 基于CFD与声学有限元的离心泵流动诱导噪声计算 |
| 4.4.1 声学有限元计算理论 |
| 4.4.2 声场计算结果 |
| 4.4.3 出口场点声压级频域响应计算 |
| 4.5 声振耦合作用对离心泵流动诱导噪声求解的影响 |
| 4.5.1 泵体结构有限元计算 |
| 4.5.2 声场计算结果 |
| 4.6 声场计算方案的选择 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 离心泵叶轮声优化水力设计 |
| 5.1 低噪声离心泵水力设计流程 |
| 5.2 模型泵设计参数和优化方法 |
| 5.2.1 初步设计 |
| 5.2.2 多目标优化方法 |
| 5.3 数值计算 |
| 5.3.1 计算域 |
| 5.3.2 流场计算 |
| 5.3.3 声场计算 |
| 5.3.4 数值计算结果 |
| 5.4 优化结果 |
| 5.4.1 直观分析 |
| 5.4.2 权矩阵优化方法分析 |
| 5.5 优化模型与原模型试验对比 |
| 5.5.1 外特性和出口流动噪声结果对比 |
| 5.5.2 内流场PIV试验对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 引射装置在离心泵机组降噪方面的应用 |
| 6.1 引射装置设计 |
| 6.1.1 引射装置设计目的及工作原理 |
| 6.1.2 引射管径的确定 |
| 6.2 模型泵辐射噪声及性能测试 |
| 6.2.1 试验装置及试验内容 |
| 6.2.2 辐射噪声测试结果 |
| 6.2.3 性能试验结果 |
| 6.3 引射装置对离心泵内部流场影响的数值研究 |
| 6.3.1 三维建模、网格划分和数值模拟方法 |
| 6.3.2 原型泵数值模拟结果 |
| 6.3.3 加引射管后模型泵数值模拟结果 |
| 6.3.4 引射管内流量 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 离心泵动静干涉机理研究 |
| 7.1 动静干涉试验台 |
| 7.1.1 试验台搭建 |
| 7.1.2 模型泵外特性 |
| 7.2 叶轮下游压力恢复能力评估 |
| 7.2.1 三孔探针试验装置 |
| 7.2.2 探针特性曲线 |
| 7.2.3 导叶进口面探针测量结果 |
| 7.2.4 导叶内静压测试结果和压力恢复能力评估 |
| 7.3 PIV试验 |
| 7.3.1 PIV测试系统 |
| 7.3.2 PIV测试速度场结果 |
| 7.3.3 PIV试验结果与探针结果的对比 |
| 7.4 导叶内瞬态压力特性试验 |
| 7.4.1 试验装置 |
| 7.4.2 压力脉动测试结果 |
| 7.5 模型泵进口流动噪声特性试验 |
| 7.5.1 试验装置 |
| 7.5.2 进口流动噪声测试结果 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 研究总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 附录2 |
| 作者在攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（6）离心叶轮内部弱可压流动特性数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 管道泄漏中弱可压模型的研究进展 |
| 1.3 离心泵内部弱可压方法的研究进展 |
| 1.4 论文主要研究内容及组织结构 |
| 1.4.1 数值模拟 |
| 1.4.2 实验研究 |
| 1.4.3 论文结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 离心泵内数值研究方法 |
| 2.1 RANS模型 |
| 2.1.1 标准k-ε模型 |
| 2.1.2 SST模型 |
| 2.2 LES模型 |
| 2.2.1 LES模型的基本控制方程 |
| 2.2.2 动态亚格子应力模式 |
| 2.3 DES模型 |
| 2.4 基于弱可压的湍流模型修正 |
| 2.4.1 弱可压模型的原理 |
| 2.4.2 弱可压模型的实现 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于弱可压模型的管道泄漏负压波法定位研究 |
| 3.1 弱可压模型在管道泄漏中的实现逻辑及方式 |
| 3.2 多弯头管道泄漏数值模拟及流场分析 |
| 3.2.1 多弯头管道的几何模型 |
| 3.2.2 弱可压模型的模拟验证及分析 |
| 3.3 负压波泄漏定位法中的弯头当量修正 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于弱可压模型的离心叶轮内部定常流动分析 |
| 4.1 计算模型及边界条件 |
| 4.1.1 离心泵参数 |
| 4.1.2 网格划分与边界条件 |
| 4.2 不同流量工况下离心叶轮内部定常流动结果分析 |
| 4.2.1 不同流量工况下扬程及密度验证 |
| 4.2.2 叶轮中截面流场结构信息对比分析 |
| 4.2.3 叶轮中截面涡旋发展对比分析 |
| 4.2.4 叶轮中截面流场能量耗散对比分析 |
| 4.2.5 叶轮出口圆周方向的流动特性对比分析 |
| 4.3 设计工况下不同转速对离心叶轮内部定常流动分析 |
| 4.3.1 不同转速的扬程及密度验证 |
| 4.3.2 转速对中截面速度场的影响分析 |
| 4.3.3 转速对中截面压力场的影响分析 |
| 4.3.4 转速对中截面湍动能的影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于弱可压模型的离心叶轮内部非定常流动分析 |
| 5.1 边界条件及监测点的设置 |
| 5.2 充分发展后流道内流场计算结果分析 |
| 5.2.1 流场结构信息对比分析 |
| 5.2.2 流场旋涡发展过程对比分析 |
| 5.3 流道出口监测点压力脉动分析 |
| 5.3.1 流道出口静压分析 |
| 5.3.2 流道出口压力脉动频域分析 |
| 5.4 叶轮出口发展段监测点分析 |
| 5.4.1 静压分析 |
| 5.4.2 压力脉动频域分析 |
| 5.4.3 压力脉动系数分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
（7）基于正交试验的离心泵空化性能优化设计（论文提纲范文）
| 1 离心泵水力设计 |
| 2 正交试验方案设计 |
| 2.1 正交试验因素 |
| 2.2 数值模拟及分析 |
| 1) 网格划分 |
| 2) 正交试验结果 |
| 3) 极差分析 |
| 3 CFD模拟验证 |
| 3.1 外特性模拟 |
| 3.2 离心泵蒸汽质量分数模拟 |
| 4 结论 |
（8）离心泵变工况瞬态过程内流特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 离心泵运行调控研究现状 |
| 1.2.2 离心泵稳定工况研究现状 |
| 1.2.3 离心泵变工况瞬态过程研究现状 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 第二章 离心泵变工况调控原理及三维建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 离心泵运行调控理论 |
| 2.2.1 离心泵基本性能曲线 |
| 2.2.2 离心泵节流与变速调节原理 |
| 2.3 数值计算方法 |
| 2.3.1 计算流体力学方法概述 |
| 2.3.2 流体力学基本控制方程 |
| 2.3.3 湍流模型 |
| 2.4 离心泵三维建模 |
| 2.4.1 离心泵三维几何建模 |
| 2.4.2 离心泵网格划分 |
| 2.4.3 模型水力性能验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 离心泵节流与变速调节稳定工况内流及压力脉动分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 节流与变速调节工况选取及数值模拟边界条件设置 |
| 3.3 离心泵节流与变速调节对应稳定工况内部流场分析 |
| 3.3.1 泵内静压分布 |
| 3.3.2 泵内速度分布 |
| 3.3.3 泵内涡量分布 |
| 3.3.4 泵内湍动能分布 |
| 3.4 离心泵节流与变速调节对应稳定工况压力脉动分析 |
| 3.4.1 监测点设置 |
| 3.4.2 叶轮流道压力脉动分析 |
| 3.4.3 隔舌压力脉动分析 |
| 3.4.4 蜗壳流道压力脉动分析 |
| 3.5 离心泵节流与变速调节对应稳定工况叶轮径向力分析 |
| 3.5.1 叶轮径向力时域特性分析 |
| 3.5.2 叶轮径向力频域特性分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 离心泵节流调节瞬态过程研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值模拟边界条件设置 |
| 4.3 离心泵不同调阀方式下节流调节瞬态过程分析 |
| 4.3.1 外特性参数变化对比 |
| 4.3.2 泵内压力与速度值变化对比 |
| 4.3.3 泵内压力场对比 |
| 4.3.4 泵内速度场对比 |
| 4.3.5 叶轮径向力变化对比 |
| 4.4 离心泵不同调阀时间下节流调节瞬态过程分析 |
| 4.4.1 外特性参数变化对比 |
| 4.4.2 泵内压力与速度值变化对比 |
| 4.4.3 泵内压力场对比 |
| 4.4.4 泵内速度场对比 |
| 4.4.5 叶轮径向力变化对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 离心泵变速调节瞬态过程研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模拟设置 |
| 5.2.1 离心泵管路系统建模 |
| 5.2.2 边界条件设置 |
| 5.3 离心泵变速调节瞬态过程分析 |
| 5.3.1 外特性参数分析 |
| 5.3.2 泵内压力与速度值变化 |
| 5.3.3 泵内压力场分布 |
| 5.3.4 泵内湍动能分布 |
| 5.3.5 瞬态过程与准稳态过程内流场对比 |
| 5.3.6 叶轮径向力变化 |
| 5.4 离心泵不同升速时间和升速方式下变速调节瞬态过程分析 |
| 5.4.1 外特性参数变化对比 |
| 5.4.2 泵内压力与速度值变化对比 |
| 5.4.3 泵内压力场分布对比 |
| 5.4.4 泵内湍动能分布对比 |
| 5.4.5 泵内涡量分布对比 |
| 5.4.6 叶轮径向力变化对比 |
| 5.5 离心泵不同降速时间和降速方式下变速调节瞬态过程分析 |
| 5.5.1 外特性参数变化对比 |
| 5.5.2 泵内压力与速度值变化对比 |
| 5.5.3 泵内压力场分布对比 |
| 5.5.4 泵内湍动能分布对比 |
| 5.5.5 泵内涡量分布对比 |
| 5.5.6 叶轮径向力变化对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（9）径向式导叶多级泵内部流动机理及水力性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 问题的提出 |
| 1.3 国内外研究文献综述 |
| 1.3.1 离心泵内部流场不稳定流动现象 |
| 1.3.2 离心泵内部流场不稳定流动机理研究现状 |
| 1.3.3 离心泵内流体压力脉动研究现状 |
| 1.3.4 离心泵水力性能优化研究现状 |
| 1.4 研究目标及内容 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.5 研究技术路线 |
| 1.6 本章小结 |
| 2 径向式导叶多级泵内部流动数值模拟求解策略 |
| 2.1 数值模拟求解理论 |
| 2.1.1 流动控制方程 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.2 径向式导叶多级泵流体域三维建模 |
| 2.3 网格划分与无关性检验 |
| 2.3.1 非结构网格划分 |
| 2.3.2 网格无关性检验 |
| 2.4 数值模拟求解策略 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 径向式导叶多级泵定常流动机理研究 |
| 3.1 定常计算的外特性分析 |
| 3.1.1 设计工况下各级过流组件扬程与效率特性分析 |
| 3.1.2 非设计工况下各级过流组件扬程与效率特性分析 |
| 3.2 定常计算的内流场分析 |
| 3.2.1 静压分布 |
| 3.2.2 速度场分布 |
| 3.2.3 叶轮与导叶交界面的速度矢量分布 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 径向式导叶多级泵非定常压力脉动研究 |
| 4.1 非定常流动的数值计算方法与压力脉动测点布置 |
| 4.1.1 非定常流动的数值模拟设置方法 |
| 4.1.2 压力脉动测点布置 |
| 4.2 压力脉动系数的定义 |
| 4.3 各级叶轮与径向式导叶内压力脉动的时域特性对比分析 |
| 4.3.1 各级叶轮内压力脉动时域分析 |
| 4.3.2 各级径向式导叶内压力脉动时域分析 |
| 4.4 各级叶轮与径向式导叶内压力脉动的频域特性分析 |
| 4.4.1 各级叶轮内压力脉动频域分析 |
| 4.4.2 各级径向式导叶内压力脉动频域分析 |
| 4.5 不稳定流动下的压力脉动频域特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于熵产理论的径向式导叶多级泵流动损失研究 |
| 5.1 熵产理论计算 |
| 5.2 径向式导叶多级泵内流场熵产分析 |
| 5.2.1 整泵机组内流熵产分析 |
| 5.2.2 不同流量工况下各级叶轮熵产分析 |
| 5.2.3 不同流量工况下各级导叶熵产分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 径向式导叶多级泵水力性能与非定常压力脉动试验研究 |
| 6.1 径向式导叶多级泵水力性能试验研究 |
| 6.1.1 试验目的 |
| 6.1.2 试验平台搭建与试验测量参数 |
| 6.1.3 试验方法与步骤 |
| 6.1.4 水力性能试验结果分析 |
| 6.2 定常计算结果与试验结果的对比验证 |
| 6.3 径向式导叶多级泵非定常压力脉动试验研究 |
| 6.3.1 试验目的 |
| 6.3.2 非定常压力脉动测点布置 |
| 6.3.3 非定常压力脉动特性测试装置与采集系统 |
| 6.3.4 试验内容与试验步骤 |
| 6.4 非定常计算结果与试验结果的对比验证 |
| 6.5 非定常压力脉动试验结果分析 |
| 6.5.1 扬程脉动特性时域分析 |
| 6.5.2 静态压力分布分析 |
| 6.5.3 非定常压力脉动时域特性分析 |
| 6.5.4 非定常压力脉动频域特性分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 径向式导叶多级泵水力性能优化研究 |
| 7.1 确立过流部件关键几何参数取值范围 |
| 7.2 基于BP神经网络的径向式导叶多级泵水力性能预测模型 |
| 7.2.1 BP神经网络的构建 |
| 7.2.2 基于正交试验的样本设计 |
| 7.3 基于GA-BP神经网络的径向式导叶多级泵水力性能预测模型 |
| 7.3.1 构建性能预测模型 |
| 7.3.2 网络训练 |
| 7.3.3 预测结果验证 |
| 7.4 基于遗传算法与神经网络的径向式导叶多级泵水力性能优化 |
| 7.4.1 优化前后结果对比 |
| 7.4.2 优化前后试验验证 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 研究结论 |
| 8.2 主要创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）旋转失速条件下离心泵隔舌区动静干涉效应（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 计算对象和数值模拟方法 |
| 2 离心泵失速点预测 |
| 3 隔舌区流动特征分析 |
| 4 隔舌区压力脉动分析 |
| 5 结论 |
四、4B15离心泵试验结果分析（论文参考文献）
- [1]CAP1400核主泵水力模型核心部件约束性设计方法研究及应用[D]. 鲁业明. 大连理工大学, 2019(08)
- [2]叶片包角与叶片数协同设计对离心泵固液两相流的影响研究[D]. 万丽佳. 西华大学, 2020
- [3]缝隙引流叶轮对低比转速离心泵性能的影响机理研究[D]. 王万宏. 江苏大学, 2020(02)
- [4]射流离心泵动静叶栅匹配的水力与声学性能优化设计[J]. 郭荣,李仁年,张人会. 农业机械学报, 2019(05)
- [5]离心泵低噪声水力设计及动静干涉机理研究[D]. 司乔瑞. 江苏大学, 2014(05)
- [6]离心叶轮内部弱可压流动特性数值研究[D]. 黄瑞剑. 浙江理工大学, 2020(02)
- [7]基于正交试验的离心泵空化性能优化设计[J]. 王玉勤,丁泽文,霍新旺,季海龙. 邵阳学院学报(自然科学版), 2018(03)
- [8]离心泵变工况瞬态过程内流特性研究[D]. 孙健. 西北农林科技大学, 2021
- [9]径向式导叶多级泵内部流动机理及水力性能优化研究[D]. 王延锋. 中国矿业大学(北京), 2020(04)
- [10]旋转失速条件下离心泵隔舌区动静干涉效应[J]. 周佩剑,王福军,姚志峰. 农业工程学报, 2015(07)