低比转数旋喷泵的试验研究
低比转速混流泵设计方法及试验研究的开题报告
低比转速混流泵设计方法及试验研究的开题报告题目：低比转速混流泵设计方法及试验研究一、研究背景与意义随着社会发展和行业需求的不断提高，混流泵在工业、农业、市政等领域应用范围越来越广，但目前混流泵的设计方法和性能优化仍存在瓶颈。
相对于其他类型泵，混流泵具有低比转数、大流量、小扬程等优点，对于中国农田排灌系统的改进和完善具有重要意义。
此外，随着新能源的发展，海洋能、水电等领域对混流泵的需求也在逐渐增加，如何提高混流泵的性能并满足不同领域的需求将成为未来的研究方向。
二、主要内容和研究方向本文主要以低比转速混流泵为研究对象，针对目前混流泵设计方法和性能优化中存在的问题进行深入探讨，主要研究内容包括：1. 低比转速混流泵的设计方法和优化思路研究：通过对不同转速、流量和扬程等参数综合分析，确定低比转速混流泵的设计要求和优化路径。
2. 低比转速混流泵模型的建立和性能预测：运用CFD软件建立低比转速混流泵的三维模型，分析流场特性并进行性能预测；3. 低比转速混流泵的试验研究：通过实验验证混流泵设计和优化方法的可行性，并对优化后的泵进行性能测试和分析。
三、预期目标和成果通过对低比转速混流泵的设计和优化研究，本文旨在达到以下目标：1. 深入探讨低比转速混流泵的设计方法和性能优化问题，为混流泵的实际应用提供理论和方法支撑；2. 建立低比转速混流泵的CFD模型和性能预测方法，为混流泵的设计提供可靠的技术手段；3. 对优化后的混流泵进行试验，验证并优化设计方法，为混流泵的新开发和应用提供技术基础和参考。
四、研究方法和技术路线研究方法主要包括理论分析、数值模拟和试验研究三个方面。
具体技术路线如下：1. 理论分析：通过文献查阅和分析，综合考虑混流泵涵盖转速、流量、扬程等多种参数因素，确定低比转速混流泵的设计要求和优化路径。
2. 数值模拟：根据设计要求和优化路径，运用CFD软件对低比转速混流泵进行三维建模，并对流场特性进行分析和预测。
低压旋流喷嘴喷雾特性数值仿真及结果分析
２１ ０ １年 Ｎｏ １ １ ８ ．１ ＮＯ Ｖ．２ １ ０ｌ
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＭｅｈ ｎｃ ｌ Ｅｌｃｒｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｒａ ｃ ａ ｉａ ＆ ｅ ｔ ａ Ｅ ｇｎ ｅ ｇ ｏ ｉ ｉ
低压旋流喷嘴喷雾特性数值仿真及结果分析
ｓ ｒ ｚ ｌ ｐｒ ｙ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｗｉｌｎｏ ｚｅ ｓ ａ ｈａ ａ ｔ ｒｓｉｓ
ＤＯＮＧ ｎ —ｔｏ，Ｓ Ｘｉ ｇ ａ ＵＮ ｉ Ｕ － ｉ Ｌｅ ，Ｌ Ｄｅ ｌｎ，Ｌ ａ ＩＣｈ ｏ，Ｗ ＡＮＧ ａ ｇ ｈ Ｃｈ ｎ －ｚ ｉ
（ ｏｌ ｅｏ ｃ ａｉａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏｏｙ ａ ｇｈ ｕ３ ０ １ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｈｊ ｎ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｃｎ ｌｇ ，Ｈ ｎｚ ｏ ０ ４ Ｃ ｉａ ｅ Ｍｅ ｎ ｎ ａ ｅ ｉ Ｔ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｉ ｒ ｖ ｈ ｗｉ ｏ ｚ ｔ ｍｉａｉ ｎ ｕ ｄ ｒｌｗ ｒ ｓ ｕ ｅ， ｅｆ ｅ ｆ ｃｏ ｓｗｈ ｃ ｆ ｃｉ ｇ ｔ ｅ ｌｗ— ｒ ｓ ｕ ｅ ｓ ｉ ｏ ｚｅ ｓｒ ｃ ：ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｎ ｚ ｌ ａｏ ｚ ｔ ｎ ｅ ｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ｉ ａ ｔｒ ｉ ｈ ａｆ ｔ ｈ ｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｗ ｒ ｎ ｚ ｌ ｌ ｅ ｏ ｈ ｖ ｅ ｎ ｌ ａ ｏ ｚ ｔ ｎ ｗ ｒ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｗ ｉｈ ｗｅ ｅ ｓ ｒｉｇ ｃ ａ ｅ ｉｍｅｅ ，ｗｉ ｉ ｇ ｃ ａ ｅ ｅｇ ｔ Ｈ ， ｏ ｚｅ ｅ ｉ ｄ ａ ｔｒ ｄ ｎ ｚ ｌ ｘｔ ｔ ｍｉａ ｉ ｅ ｅ ｉ ｖ ｓ ｇ ｔ ｄ， ｈ ｃ ｒ ｗｉ ｎ ｈ ｍｂ ｒ ｄａ ｔｒ Ｄ ｓ ｒ ｎ ｈ ｍｂ ｒ ｈ ｉｈ ｎ ｚｌ ｘ ｔ ｉ ｍｅｅ ， ｏ ｚｅ ｅ ｉ ｏ ｉ ｌ ｌ ｌ ｎ ｔ ｎ ｓ ｉｌ ｇ ｅ ｔ ｎ ｅ ｕ ｅ ．Ｓ ｘ ｅ ｎ ｒ ｕ ｓ ｏ ｏ ｚｅ ｔ ｃｕ ａ ａ ａ ｔｒ ｗ ｒ ｄ ｓ ｎ ｄ ｙ ｔ ｅ ｗａ ｏ ｒ ｏ ｏ ａ ｅ ｇ ｈ ｌ ａ ｄ ｗ ｒ ｎ ｎ ｒ ｃ ｎ ｍｂ ｒ ｎ ｉ ａ ｉｔ ｅ ｇ ｏ ｐ ｆ ｎ ｚｌ ｓｒ ｔ ｒ ｌ ｒ ｍｅｅ ｓ ｅ ｅ ｅ ｉ ｅ ｂ ｈ ｙ ｆ ｏ ｔ ｇ ｎ ｌ ｕ ｐ ｇ ｈ ｅ ｐ ｒ ｎａ ｅ ｉ ｎ ｈ ｎ ｔ ｃ ｕ ｅ ｓ ａ ｏｔｎ ｗｉ ｍｂ ｔ ｔｅ ｉ ｌｔ ｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ｄ ｔ ｎ ｓ ｐ ｅ ｓ ｒ － ｎ ｅ ｎ ｈ ａ ｇ ｏａ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｄ ｓｇ ．Ｔ ｅ ｕ ｓｒ ｔ ｒ ｄ ｍｅ ｈ ｗ ｓ ｇ ｔ ｔ Ｇａ ｉ， ｎｅ ｏ ｎ ａ ｙ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｉ ｒ ｓｕ ｅ ｉ ｌｔ ａ ｄ ｔ ｅ ｇ ｕ ｅ ｔ ｔｌ ｉ ｕ ｅ ｈ ｈ ｉ ｐ ｅ ｓ ｒ ｓ０ ３ ＭＰ ． ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｗ ｓ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｗｉ ｕ ｎ６ ３ ｓ ｆ ａ ｅ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｗ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｒ ｓｕ ｅ ｉ ． ａ ｔ ｅ ｓｍｕａ ｉ ａ ａ ｒ ｕ ｔ ｆ ｅ ｔ ． ｏｔ ｒ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｏ ｉ ｌｔ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｈ ｏ ｇ ｈ ａ ｇ ｏ ｅ ｈｌ ｗ ｓ ｈ ｏ ａ ａｙ ｉ ｍｅｈ ｄ ｏ ｒｈ ｇ ｎ ｌｅ ｐ ｒｍｅ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｄ ｒｏ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｔ ａ ｈ ｖ ａ ｔ ｒ ｈ ｖ ｎ ｔ ｅ ｎ ｚ ｌ ｘａ ｐ ｅ ｎ ｈ ｐ ａ ｎ ｌｓｓ ｔ ｏ ｆｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｘ ｅ ｉ ｎ ｎ ｈ ｒ ｅ ｆｔ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｈ ｔｔ ｅ ｆ ｅ ｆｃ ｏ ｓ ａ ｅ ｏ ｈ ｏ ｚｅ ａ ｉｌｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｒｙ ｉ ａ ｇｅ ｗａ ｏ ｔｉ ｅ ｔ ｅ ｐ ｉ ｌ ａ ａ ｔ ｒ ａ ｌｏ ｇ ｔ ｎ ｈ ｏ ｇ ｈ ｓ ｌｔ ｎ ｅ ｕ ｔ ａ ａｙ ｉ ｇ ｉ ａｌ ｗｉ ｔｅ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｎ ｌ ｓ ｂ ａｎ ｄ，ｈ ｏ ｔ ｍａ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｗ ｓ ａ ｓ ｏｔ ｔｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｉ ａｉ ｒｓ ｌ ｎ ｌ ｚｎ ．Ｆ ｎ ｌ ｅ ｍｕ ｏ ｓ ｙ， ｔ ｈ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅ ｈ ａ ａｙ ｉ ， ｕ ｒ ｕ ｓｏ ｐ ｉ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｗ ｒ ａｎ ｄ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｎ ｌｓｓ ｌｙ ｈ ｏ ｎ ａ ｉｎ ｆ ｒｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌ ｎ ｌｓｓ ｆ ｒ ｇ ｏ ｐ ｆｏ ｔ ｏ ｍａ ａａ ｔｒ ｅ ｅ ｇ ｉ ｅ ． ｈ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ａ ｓｔ ｅ ｆ ｕ ｄ ｔ ｏ ｈ ｕ ｔ ｒｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｓ ｔ ｏ ｈ ｉ
低比转速复合叶轮离心泵的优化设计和试验研究的开题报告
低比转速复合叶轮离心泵的优化设计和试验研究的开题报告一、选题背景离心泵是一种常见的流体传动机械，广泛应用于工业和民用领域。
其中，复合叶轮离心泵因其高效能、流量大、性能稳定等优点备受关注。
不过，现有的复合叶轮离心泵还存在一些问题，如转速高、噪音大等。
因此，本课题旨在通过优化设计和试验研究，实现低比转速复合叶轮离心泵的设计与制造。
二、研究目的本课题的研究目的如下：1. 分析现有复合叶轮离心泵的结构和工作特点，找出其存在的问题和优化空间。
2. 建立低比转速复合叶轮离心泵的数学模型，通过数值模拟对其进行优化设计。
3. 制造低比转速复合叶轮离心泵，进行性能测试和比较分析。
4. 提出相应的改进措施和建议，为相关领域的科研人员提供参考。
三、研究内容根据研究目的，本课题将分为以下几个研究内容：1. 复合叶轮离心泵的结构分析和流场特性研究。
2. 低比转速复合叶轮离心泵的数学建模和数值模拟。
3. 低比转速复合叶轮离心泵的优化设计和零部件制造。
4. 低比转速复合叶轮离心泵的性能测试和比较分析。
5. 分析现有问题及其原因，并提出对应的改进措施和建议。
四、研究方法1. 利用流体动力学理论，对复合叶轮离心泵的结构进行分析和优化设计。
2. 采用计算机模拟软件，对低比转速复合叶轮离心泵进行数值模拟和优化。
3. 制造低比转速复合叶轮离心泵零部件，完成装配和试验。
4. 进行离心泵的性能测试和比较分析。
五、预期结果和意义本课题的研究预期能够达到以下几点结果：1. 实现低比转速复合叶轮离心泵的设计制造，填补国内相关领域的技术空白。
2. 提高离心泵的效率和稳定性，降低噪音和能耗。
3. 探索离心泵的优化设计方法，为相关领域的科研人员提供参考。
4. 对离心泵的发展和应用具有重要的现实意义和经济价值。
六、研究进度计划本课题的研究时间为两年，进度计划如下：第一年：1. 复合叶轮离心泵的结构和流场分析（3个月）。
2. 建立低比转速复合叶轮离心泵的数学模型，并进行数值模拟（6个月）。
低比转速旋转喷射泵的原理与特点
来越 多 的使用 ， 被逐步 应用在 丁二 烯 、 芳烃 、 甲醇 、
醋酸 以及煤 气化 等装 置上 。 ２ 旋 转喷射 泵 的工作原 理 图 １为旋转 喷射泵 的结构 简 图。与 离心泵 不
８ ０年代 ， 国际上 出现 了关 于旋 转喷 射 泵 的专 利
高潮 ， 主要是美 国的 Ｋ ｏ ｂ ｅ 、 Ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｒ 、 Ｓ ｕ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｔ 以 及苏 联一些 公 司的专利 ， Ｋ ｏ ｂ ｅ 公 司生 产 了世界 上
第一 台商业 旋转 喷射 泵 ， 从 此该 类 型 的 泵 开始 进 入工 业化 生产 的时代 。 国 内对 于旋 转 喷射 泵 的研 制 ， 主 要是 走 引 进
后消 化 吸收再 到 独 立 开发 生 产 的路 线 。２ Ｏ世 纪
同的是 ， 旋 转 喷射 泵 的叶 轮 与轮 盖 连 接 在一 起 构 成转 子 ， 在 密 闭转子 腔 内的集 流管 静止 不动 ， 随着 转 子 的高速旋转 ， 介质 不断从 泵 的人 口介质 输 出 。
泵出 口
泵人 口
图１ 旋转喷 射 泵的 结构 简 图
为 了达 到 比较 高 的扬 程 ， 旋 转 喷射 泵 的转 速
一
ｄ ．泵 特性 曲 线 比较 平 滑 ， 介 质 流 动 平 稳 无
般 比离心 泵 的转 速 要 高 一 些 ， 但 低 于 同工 况 高
轮泵 等 ， 旋 转 喷射泵作 为一 种新 型的小 流量 、 高扬
程泵 ， 近年来 逐 步 在 国 内一 些 石化 装 置 上得 以应
能 发 现泵 运转 平 稳 ， 流 动无 脉 动 ， 扬 程 稳定 ， 连 续
使 用寿命 达 到 ４年 以上 ， 且 易损件 少 ， 几 乎不需 要 检修［ ９ ｊ 。１ ９ ９ １年 北 京 化 工 机械 厂试 制 旋 转 喷 射
基于流动控制技术的低比转速离心泵叶轮研发
Ｍ ｅ ａ ｉ ｎ ｒ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ Ｓ ａｇ ａ ２ ０ ７ ， ｈｎ ； ． ｈ ｎ ｈ ｉ ａｌ ｎ （ ｔ ）Ｃ ｅ ｈ ｎ ｓｉ Ｅ ｅ￣＇ ｎ ｉ ｅｉ ． ｈ ｈ ｈ ｉ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ ３ Ｓ ａ ｇ ａ Ｅ ｓ ＰＪ ｐ （ Ｊ ｃ ｎ ｎ ｎ ｕ ｏ ｐ ｏ ｒ
重 点和 难点 ， 科研 人 员进行 了大量 的试 验研 究 ． 文献
如图 １所示 。
［］ １ 对低 比转速离心泵的设计理论 和方法进行 了比 较恰 当的总 结 ， 传 统 的设 计 方法 ， 比转速 离 心泵 按 低
外 特性 存在 效率 低 ， 程 一流 量 曲线 易 出现 驼 峰 ， 扬 功 率 一流 量 曲线 随流 量 增 大 上升 急剧 等 问题 ， 了改 为 善 低 比转 速 离 心 泵 的 性 能 ， 研 人 员 通 过 数 值 模 科 拟 ］试 验 验 证 －ｏ、 方 案 的 正 交 试 验 ， 、 １ 多 ］ ”
目的的 流动控 制技 术 ， 出了两种 新型 的 离心泵 叶片 结构 ， 制 了新 的叶轮 ． 提 研 为便 于比较 分析 ， 对
新 叶轮 在保 证原 模 型泵 叶轮 直径 、 口宽度 和安装 尺 寸 等主要 几 何 参数 不 变的 前提 下进行 加 工 出 制造 ， 并分 别将 常规设 计 的叶 片 、 流 叶片和 两种 新 型叶 片 的叶 轮在 同一 泵 体 内进 行试 验 ． 验 分 试 结果表 明 ： 分流 叶 片提 高 了泵在 大 流量 区域 的效率但 不 能拓 宽流 量 范围 ， 引流叶 片使水 泵在 更 大 流量 范 围 内运行 ， 并且 在 整个 流量 范 围 内都显 著地提 高 了泵效 率． 流动控 制技 术成 功地 改善 了低 比转速 离心泵 内部 流动 结构 并提 高 了泵性 能 ．
低压旋流喷嘴喷雾特性数值仿真及结果分析_董星涛
40
5 2（2.5） 1
2
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15.69ຫໍສະໝຸດ 7510 324
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2
闫云飞2等用实验方法研究了石灰浆液雾化旋流喷嘴冉景煌3等提出了渐扩切向槽旋流喷嘴尹俊连4等为揭示旋流喷嘴内部流场机理进行了数值仿真和实验研究还有关于高压旋流方面的研究57park8提出了一种计算液滴尺寸分布的非线性模型nuyttens9和paineye10也进行了相关研究
第 28 卷第 11 期 2011 年 11 月
（2）空心型。7、8、9、10、13、14 号喷嘴的出口轴向 速度分布则是中心小，周边大。典型代表如图 4 所示， 其为 7 号喷嘴轴向速度梯度分布图。该图说明液体经 过旋流室的旋转流动后直接在喷嘴出口出现发散现 象。其喷雾形状一般是空心圆锥形。
流场机理进行了数值仿真和实验研究，还有关于高压 旋流方面的研究［5-7］，Park［8］提出了一种计算液滴尺寸 分布的非线性模型，Nuyttens 和 ［9］ Paineye 也 ［10］ 进行了 相关研究。目前的喷雾器存在很多问题，靠灌装高压 使液体雾化的喷雾器存在易爆炸等安全隐患，在施药 方面，由于喷嘴结构不适或参数不优化，喷雾产生较 多大粒子，在距喷嘴近处降落地面，能击中目标物的 粒子很少，影响杀虫效果，而且还造成药剂浪费和环 境污染。
低比转数离心泵进口预旋的数值计算研究.doc
低比转数离心泵进口预旋的数值计算研究-低比转数离心泵一般是指比转数n = 30-80的离心泵，广泛应用于农业排灌、城市供水、锅炉给水、矿山、石油和化工等领域.与中高比转数离心泵相比，低比转数离心泵有其特殊性，即轴功率曲线随流量增大而迅速上升，通常没有极值出现，导致泵在大流量区运行极易产生过载现象.因此，研究一种具有无过载性能的低比转数离心泵设计方法具有十分重要的意义.传统的无过载理论都是假设叶轮进口无旋，通过适当减小叶轮出口宽度、叶片出口安放角及叶片数来实现无过载性能，最终取得了很好的效果.但有时受到加工条件、运行条件及效率等因素的限制，仅仅在叶轮上实现无过载性能比较困难.前置导叶预旋调节技术在风机和压缩机中得到了较为普遍的应用，国内外己对其开展了深入的研究，并逐渐应用到水泵中，且己证实该技术是一种较好的工况调节方法.对于多级离心泵，可通过级间导叶产生预旋，对于单级离心泵，可通过前置导叶产生预旋.为研究预旋对离心泵性能的影响，选择计算区域较少的单级离心泵QDX6-20-0. 75为研究对象.设计3组方案，以商用软件Fluent 6. 2为平台，通过数值模拟对其内流场和外特性进行分析.1方案设计QDX6-20-0. 75的设计参数为流量Q =6 m /h扬程H=20 m，配套电动机功率P=0.75 kW，转速n =2 850 r/min，比转数n = 45 .叶轮和蜗壳的设计均采用速度系数法，并结合优秀水力模型对该泵进行结构设计，蜗壳采用较小的基圆直径，叶轮和泵体主要几何参数为叶轮进口直径D -48 mm，叶轮轮毅直径D = 18 mm，叶轮出口直径D -135 mm，叶轮出口宽度Z = 8 mm，泵体出口直径D= 34 mm，泵体基圆直径D3 = 136 mm泵体宽度b3 -20 mm.为减小轴向长度，前置导叶采用径向导叶形式，由环形四周进水.为更好地引导水流产生预旋，前置导叶按照等角对数螺旋线进行设计.为了使多级泵产生不同的预旋，改变前置导叶的出口安放角。
旋转喷射泵的研究开发进展
肉类包装、 酿造、 水果和蔬菜的罐头加工和饮料加工
等。 另外 在造 纸工 业 、 油化工 与 炼制 以及 电站 中都 石 需 要具 有这 种 工作 特性 的 泵 。在此 背景 下 ，ｏ 纪 ２世
１ 转子悻 ． ２ 转子腔 ． ３ 集赢管 ． ４ 叶轮 ． ５ 机械密封 ．
行业 需要 一种 可 以随意 调节 流量 和 在扬程 曲线上 垒
圈 ｌ 旋 转 喷 射 幕 结构 圈
Ｆｉ． Ｇｏｔ ｇ ｒ ｔ ｎｏ ｔ —ｅ ｕ ｇ １ ｒｉｕ ａ ｉ ｆＲｏ ｏＪ ｔｐ ｍｐ ｆ ｏ
结构 原理 是在 １ ２ ３年 由 Ｆ Ｗ． ｏ ｈ提 出 ， ９ ． Ｋｒ ｇ 他把 皮 托 管的 原理 推广 应用于 泵 的设计 上 ， 称 为皮托 泵 。 故
第 一 台 利用 皮托 管 原 理 研制 的泵 是 开式 的 ， 有 许 多缺陷 。 到 ２ 直 ０世纪 ２ 年 代 ， 们才研 制 出了 闭 ０ 人 式皮 托 泵 。 二次 世界大 战爆 发 后 ， 第 德国和 英国 为 开 发火 箭和 导弹 开始 研制 旋喷 泵 。 随着 二战 的结 束 ， 旋 喷泵的研 究 陷入 低谷 。 直到 ２ ０世纪 ６ 代 ， 们发 ０年 人 明了封 闭转 轮和 封 盖 ， 二 者 组 成 了 一个 径 向 的旋 这 转 叶轮 才 使得 旋 喷 泵 开 始发 展 起来 ， 最终 形 成 了 并 当前 的基 于皮 托管 原理 的旋 喷 泵模 型 。 时 ， 多 的 此 众
许 洪 元 ， 晓东 ，朱 卫 华 ， 啸冰 王 赵
（ 清华大学 ）
摘
低压旋流喷嘴流场特性的数值仿真分析
ｒｓａｃ ｅｕｔ ｓ ｓｆｌｏ ｅｄｓ ｎａｄｄｖ ｌ ｍ ｎ ｆｈ ｗ ｐｅｓｒ ｓ ｉ ｏｚ ． Ｃ ，５ｆ ． ａ ．０ ｒ ． ｅｅｒｈｒｓｌ ｉ ｕｅ ｒ ｈ ｅｉ ｎ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｅｌ ｒｓｕｅ ｗｒ ｎ ｚ ｅ ［ ｈ １ ｇ １ｔｂ １ ｅ ］ ｕ ｆ ｔ ｇ ｏ ｏｔ ｏ ｌ ｌ ｉ ｆ
ｃ ｒｉｄ ｏ ｔ ｔ ｓｕ ｙ ｈ ｅｆｃ ｏ ｈ ｓｒ ｃｕ ｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｔ ｔｅ ｆｏ ａ ｒｅ ｕ ｏ ｔ ｄ ｔ ｅ ｆｅ ｔ ｆ ｔ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｗ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ｆ ｔ ｅ ｐｉａ ｗｉｌ ｏ ｚｅ Ｔｈ ｌ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｏ ｈ ｓ ｒ ｌ ｓ ｒ ｎ ｚ ｌ ． ｅ
低 旄 流 喷 嘴流 场 特 性 数 值 仿 真 分 析
欧长劲 ， 李 燕， 苏之晓 ， 董星涛
３０ １ ） １０ ４ （ 特种 装备 制造 与先进加 工技 术教 育部／ 江省重点 实验 室（ 江工业 大 学） 浙 江 杭 州 浙 浙 ，
摘
要： 针对 以水为单介质流体的螺旋旋流雾化 喷嘴 的流 场特性 ， 采用 Ｖ Ｆ方法， Ｏ 建立 了低压旋流喷嘴 内流场的三维 流
动 数 学模 型 。 通过 改 变 旋 流喷 嘴 的螺 旋 体 长度 、 口槽 道 截 面积 、 入 螺旋 升 角 、 旋槽 形状 、 流 室 内锥 角等 不 同的 结 构 参 螺 旋
数 ， 雾化喷嘴 的压 力场 、 对 速度 场进行数值 分析仿真 ， 得到 了螺旋旋流 雾化喷嘴 的结构参数 对流场特性 的影响规律 。研
究结果对低压旋流喷嘴的设计与开发 具有指导意义。图 ｌ ５表 ｌ ｌ 参 ０ 关 键 词： 流体力 学； 单流体模 型； 压旋流喷嘴 ； 低 数值分析 文献标 志码 ： Ａ 文章编号：０ ５２９ （０ ２ ０ － １－６ １０ －８５ ２ １ ）４０ ２０ ０ 中图分类号 ：Ｂ ２ Ｔ ０ １ Ｔ １６；Ｑ ５
某低比转速直叶片离心泵三维流动数值分析
某低比转速直叶片离心泵三维流动数值分析高光良【摘要】以某低比转速航空燃油离心泵为研究对象,运用三维数值仿真手段获取了该离心泵特性及不同工况时的流动细节,分析了该泵存在的主要问题.研究结果表明:(1) 该泵效率随着流量的增加呈上升趋势,扬程随着流量的增加呈现先上升后降低减小趋势,拐点出现在流量大约为24 000 L/h的工况;(2) 该离心泵效率较低,在不考虑泄露损失时最高效率仅为54.29%,常用工况下其效率并不在泵性能的最高点;(3) 在靠近蜗舌附近的叶轮出口端存在低压区,有汽蚀现象.研究结果为进一步提高该离心泵的性能以及稳定工作提供了参考.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2010(001)004【总页数】4页(P390-393)【关键词】离心泵;数值模拟;流动结构【作者】高光良【作者单位】西北工业大学,机电学院,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】V231.10 引言离心泵作为航空发动机的燃油泵,由于其流量大、反应迅速、控制简单和可靠性好的特点,在结构、性能上具有目前其它任何形式泵所不具有的优势,因此在航空发动机燃油系统中得到广泛应用。
为了适应航空发动机推重比不断提高的发展趋势,高扬程、高效率、高可靠性、高抗汽蚀性能和小体积是航空离心油泵设计的努力方向[1]。
由于离心泵内部固有的流动特征,使得其在高扬程条件下效率一般都偏低,如何在保证离心泵其他性能不变的前提下尽可能提高其效率是工程人员迫切需要解决的问题。
随着计算机技术的发展,基于CFD的泵性能预测及优化设计已基本达到工程实用的程度。
郭加宏[2]针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求、效率偏低的情况,应用数值模拟的方式找出泵存在的问题,并提出改进措施。
陈炜[3]对一高速复合叶轮离心泵在设计工况进行了多相位定常流动数值模拟,为进一步提高高速复合叶轮离心泵的性能提供了一定的理论依据。
资料分析表明[4-6]:在多数情况下,CFD技术能够较真实地反映流场的分布情况,计算结果可为设计、优化提供依据,然而目前关于航空用低比转速、超大流量、高扬程离心泵的数值和试验研究并不多见。
低旋流喷嘴预混燃烧特性的数值和实验研究
低旋流喷嘴预混燃烧特性的数值和实验研究环境保护与燃料灵活性需求的不断增长给燃气轮机燃烧室技术提出了新要求,为了实现极低NOx排放与燃料多样性兼顾的目标,需要采用更为先进的燃烧技术,而低旋流燃烧技术已经成功应用于小型商业燃烧设备和工业加热炉,并表现出良好的燃烧特性,因此有必要对低旋流燃烧的火焰稳定机制,以及在燃气轮机条件下运行参数和几何结构参数的影响规律展开系统的研究。
本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法研究了低旋流喷嘴燃烧特性的参数影响规律和火焰稳定机制。
首先选择合适的数值计算模型并进行可靠性验证。
然后对燃气轮机运行条件下的低旋流喷嘴进行稳态数值模拟研究,包括与强旋流喷嘴流场结构和燃烧特性的对比分析,结合正交试验设计方法研究多个运行参数和多个几何结构参数对低旋流喷嘴流场特性和火焰特性的影响规律。
再进行常温常压下的实验研究,使用PIV测量无反应流场速度分布,记录火焰形态,并测量熄火、回火极限以及污染物排放,验证并补充研究了重要参数的影响规律。
最后通过大涡模拟研究低旋流燃烧流场中火焰与涡的相互作用,对其火焰结构和稳定机制有了深入的认识。
本文的主要结论如下:1.低旋流喷嘴与强旋流喷嘴的对比研究:稳态数值模拟和实验研究显示,相同质量入口条件下,开放空间中两者的中心回流区和火焰形态不相同,强旋流的中心回流区强度大且与中心体相连,火焰稳定于内剪切层且附着在中心体边缘,而低旋流喷嘴的中心直流使喷嘴出口近场中心区域为发散区,之后为较弱的回流区且前缘呈W型,火焰稳定于内剪切层和中心发散区,呈W 型的抬升火焰;突扩型火焰筒中,两者的角回流区相近,与开放空间中相比均增加了稳定在外剪切层并附着在喷口外沿上的外侧火焰,两者的内部火焰形态不相同,与开放空间中两者火焰形态的不同相一致。
低旋流喷嘴的熄火临界当量比和NOx 排放比强旋流喷嘴的小。
2.运行参数的影响:稳态数值模拟结果显示,在燃气轮机燃烧室运行条件下,空气入口速度U0=15～45m/s、温度T=450～650K、压力P=0.1～0.8MPa、甲烷当量比Φ=0.6～0.8范围内,只有U0对低旋流喷嘴的总压损失系数有高度显著影响,T、P、Φ对NO排放、压力损失系数和出口温度分布的影响均为不显著影响。
旋流压力式喷嘴低压喷淋液滴粒径的实验研究
作者简 介： 朱学 军（９ ４ ， ， １７ 一）男 四川射洪人， 博士研究生
Ｅ ｍａｌ ｚ ｊ ｚ ＠ ｔ ｍ． ｏ － ｉ： ｘｐ ｈ ｏ ｃ ｒ ｎ
压 力式 喷 嘴 喷 淋实 验 的 装置 主要 由储 水槽 、 螺 杆 泵和 压力式 喷 嘴 组 成 ， 图 １所 示 。实验 中所 用 如
１ 一储 水 槽 ； 一螺 杆 泵 ；一 压 力 表 ； 一铁 架 子 ； ２ ３ ４ ５ 一管 夹 ｝ 一压 力 式 喷 嘴 ６
１ ２ 实验 方 法 ．
种尺 寸 的液 滴 对 惰 性 粒 子 流 化 床 干燥 并 不 十 分 有
利 。 已有 的估 算 喷 嘴 ｄ Ｍ 的 经 验 关 联 式 ， Ｔ ｔ— ｏ 如 ａｅ
液滴 平 均 直径 测 量 方法 ： 先 自制 １个 接液 滴 首 的小池 ， 即在 载物玻 片上 用树脂 胶粘 合 ４个小玻 片 ，
是 在较 高的压 力条 件 下 得 出的 ， 其 结果 仅 对 某 一 且 种 喷嘴结 构 和某 一种 雾 化 的流 体适 用 ， 于 喷 嘴 低 对
压 喷淋 得到 的液滴 粒径 的计 算结 果偏 离较 大 。笔者
使 其熔 化 ， 等凡士林 在 玻片底 凝 固成薄 层后 ， 在池 内
注满 机油 ， 采样 时将 装 有 机 油 的计 数 池 手持 在 采 样 区 １ ， ～２Ｓ 然后 迅速将 其移 至显 微镜下 ， 过计 算 机 通 保存 好视线 内液 滴 图 片 ， 显微 镜 放 大倍 数 相 应 的 用 标尺 测 出液滴 直径 ， 每一 条件测 取不 同位置 ５ 个 液 ０
Ｍａｓ ａｌ 式 、 ｅ ｓＮｕ ｉａ － ｎ ｓｗａ式 均 ｒｈ ｌ公 Ｌ ｗｉ － ｋｙ ｍａＴａ ａ ａ
低比转速旋转喷射泵的原理与特点_刘桂年
低比转速离心泵水力与声学性能分析及多目标优化研究
低比转速离心泵水力与声学性能分析及多目标优化研究低比转速离心泵水力与声学性能分析及多目标优化研究摘要：低比转速离心泵是一种广泛应用于农业灌溉、工业供水等领域的重要设备。
水力性能和声学性能是评价离心泵性能的关键指标。
本文通过对低比转速离心泵水力与声学性能的分析与优化研究，旨在提出一种能够满足多个目标要求的离心泵设计方案。
1.引言低比转速离心泵由于其结构简单、效率高、运维成本低等优点，在现代工农业生产中的应用越来越广泛。
然而，传统设计方法往往只注重其水力性能的提升，而忽略了其声学性能对于整个系统的影响。
因此，本研究旨在通过分析低比转速离心泵的水力与声学性能，并通过多目标优化方法，寻求一种既能满足水力性能要求，又能降低声学噪声的离心泵设计方案。
2.低比转速离心泵水力性能分析通过对低比转速离心泵的水力性能参数进行分析，可以评估其工作效率、扬程和流量等关键指标。
水力性能分析可以通过理论分析和数值模拟相结合的方法进行。
根据对流体力学和流体动力学的研究，建立相应的数学模型，通过计算机仿真，得出离心泵在不同工况下的水力性能。
3.低比转速离心泵声学性能分析声学性能是离心泵在运行时产生的声音和振动对周围环境和设备的影响。
通过对离心泵的振动与噪声源进行分析，可以评估其声学性能，为减少噪声提供理论依据。
在实际测试中，可以采用声级计和振动传感器等测量设备，对离心泵的噪声进行定量分析，并对噪声源进行识别和定位。
4.多目标优化设计方法通过对低比转速离心泵水力和声学性能的分析，可以得到不同设计参数对性能的影响规律。
基于此，可以利用多目标优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，对离心泵的设计参数进行优化。
多目标优化的目标包括提高水力性能、降低噪声振动等。
通过设计参数调节，可以得到满足多个目标要求的最优设计方案。
5.案例分析通过在某低比转速离心泵系统中进行实际测试与数据分析，验证了多目标优化设计方法的有效性。
通过对比不同设计方案的水力性能和声学性能，找出了最优的设计参数组合。
低比转速离心泵气液两相流动的可视化试验及数值模拟
第49卷第11期中南大学学报(自然科学版) V ol.49No.11 2018年11月Journal of Central South University (Science and Technology)Nov. 2018 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2018.11.030低比转速离心泵气液两相流动的可视化试验及数值模拟李重庆1，邵春雷1, 2(1. 南京工业大学机械与动力工程学院, 江苏南京，211816；2. 常州大学机械工程学院江苏省绿色过程装备重点实验室, 江苏常州，213164)摘要：为研究低比转速离心泵内部气液两相流动的流型和气泡直径的变化规律，采用高速摄像技术对泵内部气液两相流动进行可视化试验，同时采用Eulerian-Eulerian非均相流模型和RNG k−ε湍流模型对泵内部气液两相流动ϕ下叶片表面中间流线气相体积分数随中间流线相对位置的变化规进行数值模拟，得到不同进口气相体积分数ϕ从0.4%增大到3.5%时，叶轮内部流型分别为泡状流、聚合泡状流、气团流和分层流，律。
研究结果表明：当泵进出口压差损失逐渐增加；保持初始液相流量不变，当进气量由1 L/min增大到3 L/min时，气泡的平均直径由0.61 mm逐渐增大到0.85 mm；保持进气量不变，当液相流量由5 m3/h增大到10 m3/h时，气泡的平均直径由1.00 mm减小到0.82 mm；叶片压力面和吸力面中间流线上的气相体积分数从叶轮进口到出口先增大后逐渐降低，ϕ增加，压力面的气相积聚区域逐渐扩大。
出口附近由于漩涡的存在而使气相体积分数略有增加，且随着关键词：低比转速离心泵；气液两相流；流型；高速摄像机；气泡直径中图分类号：TH311 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2018)11−2877−09Visualization experiment and numerical simulation of gas-liquid two phase flow in a low specific speed centrifugal pumpLI Chongqing1, SHAO Chunlei1, 2(1. School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China;2. Jiangsu Key Laboratory of Green Process Equipment, School of Mechanical Engineering,Changzhou University, Changzhou 213164, China)Abstract: In order to study the change rule of gas-liquid two-phase flow patterns and bubble diameter in a low specific speed centrifugal pump, high-speed camera was used to perform the visualization experiment. Moreover, Eulerian-Eulerian inhomogeneous model and RNG k−ε turbulence model were used to simulate the internal flow of the pump. The change rule of gas volume fractions on the midline of the blade surface with the relative position of midline at different inlet gas volume fractions was obtained. The results show that when the inlet gas volume fraction increases from0.4% to 3.5%, four flow patterns including bubble flow, agglomerated bubble flow, gas pocket flow and segregated flowoccur, and differential pressure loss of the pump gradually increases. When the inlet gas flow rate increases from收稿日期：2017−11−16；修回日期：2018−01−29基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51306087)；江苏省“六大人才高峰”项目(GDZB-032)；江苏省高等学校自然科学研究重大项目(17KJA480003)；江苏省绿色过程装备重点实验室开放课题基金资助项目(GPE201704) (Project(51306087) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(GDZB-032) supported by the Six Talent Peaks Program in Jiangsu Province; Project(17KJA480003) supported by the Natural Science Foundation of Higher Education Institutions of Jiangsu Province; Project (GPE201704) supported by the Jiangsu Key Laboratory of Green Process Equipment)通信作者：邵春雷，博士，副教授，硕士生导师，从事流体测控技术和流体机械研究；E-mail:***********************.cn中南大学学报(自然科学版) 第49卷28781 L/min to 3 L/min, bubble average diameter gradually increases from 0.61 mm to 0.85 mm. When the inlet liquid flowrate increases from 5 m3/h to 10 m3/h, bubble average diameter gradually decreases from 1.00 mm to 0.82 mm. Gas volume fraction on the midline of the pressure side and the suction side of the blade firstly increases and then gradually decreases from the inlet to outlet of the impeller. Due to gas vortex, the gas volume fraction slightly increases near the outlet of the impeller. Moreover, as the inlet gas volume fraction increases, the area of gas agglomerated region near the pressure side gradually increases.Key words: low specific speed centrifugal pump; gas-liquid two-phase flow; flow pattern; high-speed camera; bubble diameter离心泵广泛应用于农田灌溉、石油化工、动力工业、城市给排水、采矿和船舶工业等领域[1−2]。
超低比转数多级离心泵水力优化与性能试验
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｄｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｉ ｒ ｒ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４— ８ ５ ３ ０ ． １ ５ ． ０ １ ３ ９
叶轮 与 导叶各 处速度 变化 均 匀缓慢 ， 大大降 低 了流动 损 失． 将 性 能 较优 的模 型进 行 制 造 和测 试 ， 测试 结果表 明， 优 化后 方 案的 额定 工况 下扬 程提 高 ８ ． １ ｍ， 效 率提 高 ３ ． ２ ％， 达到 了 国家标 准 ， 取 得 了较 好 的优化 效 果． 将数 值模 拟 结果 与试验 结 果进 行 对 比 ， 分 析 二 者 的差 异 ， 为进 一 步优 化 改
马 新 华 ，何 勇 冠 ．陆 伟 刚 ，等．超 低 比转 数 多 级 离 心 泵 水 力 优 化 与性 能试 验 ［ Ｊ ］ ．排 灌 机 械 工 程 学 报 。 ２ ０ １ ６ ． ３ ４（ ９ ） ： ７ ５ ５－ ７ ６ ０ ．
Ｍ Ａ Ｘｉ ｎｈ ｕ ａ．ＨＥ Ｙｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ａｎ。ＬＵ Ｗ ｅ ｉ ｇ ａ ｎ ｇ，ｅ ｔ ａ １ ． Ｈｙ ｄｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｏ ｐ ｉｍｉ ｔ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｓ ｕ ｐｅ ｒ ｌ ｏ ｗ・ ｓ ｐｅ ｃ ｉ ｉｃ ｆ ・ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍｕｌ ｔ ｉ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ
ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕ ｇ ａ ｌ ｐ ｕ ｍｐ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｒ ｒ ｉ ｇ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｒ ｉ ｎ ｇ （ Ｊ Ｄ Ｉ ＭＥ） ， ２ ０ １ ６， ３ ４ （ ９ ） ： ７ ５ ５—７ ６ ０ ． （ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｓｅ ｅ ）
液体火箭发动机超低比转速部分流泵设计及应用
液体火箭发动机超低比转速部分流泵设计及应用一、介绍液体火箭发动机是航天器的重要部件之一，而发动机的性能往往决定了航天器的整体性能和任务成败。
超低比转速部分流泵作为液体火箭发动机的重要组成部分，其设计和应用对发动机性能有着重要影响。
本文将从设计原理、应用效果和发展前景三个方面进行探讨。
二、设计原理超低比转速部分流泵是指在液体火箭发动机中，液氧和煤油等燃料被泵送到燃烧室时，采用了低于一定数值的泵转速。
这种设计主要是为了减小泵的机械压力和磨损，降低发动机的结构强度要求，减轻发动机的重量。
由于液体火箭发动机工作时的真空环境和航天器对轻量化的需求，超低比转速部分流泵也能更好地适应这些特殊环境和需求。
超低比转速部分流泵的设计原理主要包括叶轮设计、泵壳结构、叶轮和泵轴的匹配等方面。
通过合理设计上述结构，可以有效提高泵的工作效率，减小噪音和振动，延长泵的使用寿命。
另外，在设计过程中还需要考虑液体火箭发动机的工作条件、燃料的物性参数等因素，以确保设计的可靠性和安全性。
三、应用效果超低比转速部分流泵的应用效果主要体现在液体火箭发动机的性能、重量和可靠性三个方面。
首先是性能方面。
采用超低比转速部分流泵的液体火箭发动机，在推力、比冲等性能指标上往往能取得更好的表现。
这主要得益于泵的效率提高和热力损失减小。
其次是重量方面。
由于采用了超低比转速部分流泵，液体火箭发动机的结构可以更加轻量化，符合航天器对质量的严格要求。
最后是可靠性方面。
泵的超低转速设计降低了泵的磨损和故障率，使得发动机在长时间工作和特殊环境下仍能保持良好的性能。
四、发展前景超低比转速部分流泵作为一种先进的液体火箭发动机技术，其发展前景十分广阔。
未来随着航天技术的不断发展和航天器任务对性能和质量要求的提高，超低比转速部分流泵必将得到更加广泛的应用。
随着液体火箭发动机对推力、效率等性能指标要求的提高，超低比转速部分流泵的设计和优化将成为未来的研究热点。
个人观点及总结超低比转速部分流泵的设计和应用无疑对液体火箭发动机的发展具有重要意义。
旋喷泵内流机理及结构耦合特性研究
结构耦合特性研究将更加注重优化设计，提高旋喷泵 的性能和可靠性。
旋喷泵内流机理的研究将更加深入，涉及的领域将更 加广泛，如新能源、环保等领域。
未来，旋喷泵将在更多领域得到应用，如石油、化工 、航空等领域。
03
旋喷泵内流机理研究
04
旋喷泵结构耦合特性研究
旋喷泵结构分析
旋喷泵结构特点
详细描述旋喷泵的结构组成，包括泵体、 叶轮、喷嘴、导叶等主要部件的设计特点 。
VS
旋喷泵工作原理
阐述旋喷泵的工作原理，包括流体在叶轮 和喷嘴中的流动情况以及压力和速度的变 化过程。
旋喷泵耦合特性分析
流体与结构的相互作用
分析流体在旋喷泵内的流动对结构特性的 影响，以及结构对流体流动的约束作用。
压力与流量关系
旋喷泵内流道内的压力随着 流量的增加而增加，但当流 量达到某一值后，压力增加 幅度变小。
结构耦合特性
旋喷泵的结构参数对其内流 场和性能有重要影响，如叶 轮与喷嘴的相对位置、叶片 的形状等。通过对这些参数 的优化，可以进一步提高旋 喷泵的性能。
实验结果与数值 模拟结果的比较
将实验结果与数值模拟结果 进行比较，发现两者在趋势 上基本一致，但在具体数值 上存在一定差异。这可能是 因为实验过程中存在一些不 确定性因素，如测量误差、 实验条件波动等。
旋喷泵工作原理及特点
旋喷泵是一种利用旋转喷嘴产生高压射流以实现流体输送的设备，具有结构简单、操作方便、适应 性强等特点。
旋喷泵通常由电机驱动，通过减速器将电机的转速降低至所需的旋转速度，并由联轴器将动力传递给 喷嘴。
旋喷泵的喷嘴通常采用耐磨材料制造，如硬质合金或陶瓷，以延长使用寿命。
旋转喷射泵的研究开发进展
旋转喷射泵的研究开发进展许洪元, 王晓东, 朱卫华, 赵啸冰(清华大学)摘要: 旋转喷射泵是利用皮托管原理研制的小流量高扬程泵, 属结构特殊的新型极低比转数泵。
该文介绍旋喷泵在国内外的发展概况, 并介绍该泵的两个关键部件——叶轮和集流管研究开发。
对下一步研究工作提出建议。
关键词: 旋转喷射泵; 结构; 叶轮; 集流管中图分类号: 文献标识码: C 文章编号: 100226819 (2002) 022*******T H 31旋转喷射泵( 以下简称旋喷泵) 又称皮托泵, 是一种工作原理和结构(见图1) 都很独特的极低比转数泵。
主要工作部件为一高速旋转的转子体和一静止的集流管, 转子体由叶轮和转子腔组成。
液体从吸入管进入叶轮, 在叶轮中获得能量后进入转子腔。
固定的集流管收集转子腔中的高动能液体, 将液体的动能转化成压能输出。
它满足小流量高扬程的使用工况。
与多级离心泵和高速泵比较有不少优点, 如其结构简单, 维修量小; 动密封在泵进口低压侧, 在主轴端无密封问题, 解决了高压泵普遍存在的高压密封问题; 效率比同比转数离心泵的高; 流量扬程曲线平滑, 不存在低比转数离心泵流量扬程曲线的驼峰旋喷泵在国外的生产应用已比较成熟, 但除了产品介绍与个别报道外 1 , 几乎看不到有关该泵的研究和设计方面的文章。
而国内发表的文章, 几乎都是关于旋喷泵的设计和使用方面的初步探讨。
因此, 要开发出性能先进的旋喷泵, 必须对其内部流动规律、设计原理和方法等作大量的研究工作。
旋喷泵在国内外的发展概况S t eve O sbo rn 1 对旋喷泵的发展历史、工作原理、结构、特点、应用等作了较全面的介绍。
旋喷泵的结构原理是在1923 年由F. W .K ro g h 提出, 他把皮托管的原理推广应用于泵的设计上, 故称为皮托泵。
第一台利用皮托管原理研制的泵是开式的, 有许多缺陷。
直到20 世纪20 年代, 人们才研制出了闭式皮托泵。
基于性能预测的低比转速主油泵改型及优化设计的开题报告
基于性能预测的低比转速主油泵改型及优化设计的开题报告一、选题背景和意义低比转速主油泵是机械式燃油系统中的核心部件之一，它的优良性能直接关系到发动机的工作效率和经济性。
在发动机油泵的设计过程中，为了保证机械系统的严谨性和工作性能，传统方法通常采用试验试制，投入大量时间、人力与材料，成本高且效率低。
因此，研究采用性能预测的方法对低比转速主油泵进行改型和优化设计，不仅可以降低成本，提高研制效率，更可以通过降低油泵的摩擦损失、优化油路管径、改善油道流动等方面进行性能优化，提升低比转速主油泵的工作效率，进而提高整个机械式燃油系统的经济性和可靠性。
二、研究内容和方法本文主要研究基于性能预测的低比转速主油泵改型及优化设计。
通过建立数学模型，预测低比转速主油泵的工作性能，由此得到改型优化的方案设计，提高低比转速主油泵的效率。
在具体实验中，采用流体动力学数值模拟与实验验证相结合的方法，对低比转速主油泵的内部流动结构与性能进行研究分析，找出影响油泵性能的关键因素，并针对这些因素进行优化分析与实验验证。
最终通过实验结果分析，验证改型优化设计的可行性和有效性。
三、预期成果和意义本文的研究成果将包括：1. 建立基于数学模型的低比转速主油泵性能预测的方法，提高研究的效率和准确性。
2. 通过数值模拟及实验验证，深入分析低比转速主油泵内部流动结构，找出影响油泵性能的关键因素。
3. 针对关键因素进行优化分析，提出合理的改型优化设计方案，提高低比转速主油泵的效率和性能。
4. 通过实验结果验证，验证改型优化设计的可行性和有效性。
本研究将会为机械式燃油系统中低比转速主油泵的设计和优化提供有力的理论依据和实验数据支持，推动相关技术的发展和应用，具有实际应用和经济意义。
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本试验考虑旋喷泵叶轮的特殊性及铸造工艺 要求, 设计为 10 个流道均布的方式, 如图 2 所示. b. 叶片出口安放角β 2
2 v m2 60 vm 2 D2 = + 2 tan β + gH t ∞ + u1v u1 (4) nπ 2 tan β 2 2 式中 n ——水泵转速 vm2 ——出口绝对速度的轴面分量 H t ∞ ——无限叶片数时的理论扬程 由式(4) 可知 , 在其他参数不变时 , β 2 越大 , D2 越小 , 则与叶轮外径 D2 的 5 次方成正比的圆盘摩 擦损失越小 , 从而提高了水泵的效率. 另外 , 在增 加β 2 的同时 , 若保持 D2 和其他参数均不变 , 则可 提高水泵的理论扬程 H t ∞ .
Q n
1/ 3
≤
1/ 2
n b2 ≤ 0.78 s 100 2.3 集流管几何参数的确定
Q n
1/3
(7)
β 2 对水泵性能的影响是多方面的 , 因此 , β 2 的增加是有一定限制的 . 随着 β 2 的增加 , 叶轮出 口绝对速度 vu2 增加 , 则动扬程增大 , 此时液体的 水力损失增加. 泵内的损失主要有机械损失、 容损失和水力 损失 . 对低比转速离心泵而言 , 机械损失主要是 圆盘的摩擦损失 , 它与叶轮外径 D 2 的 5 次方成正 比, 且比转速越低, 圆盘摩擦损失越大 , 表 2 为圆盘 摩擦损失与比转数之间的关系[3].
同样假设被输送的液体为无黏 , 则液体从叶 轮出口到集流管进口间的能量守恒, 液体在泵体
200
上 海 理 工 大 学 学 报
2003 年 第 25 卷
中的速度就是叶轮出口处的圆周速度 vu2 . 集流管进口速度为 vu2, 进口直径为 d1, 则 π 2 d v = Q tη 2 4 1 u2 将式(8)代入式(9)得 d1 = 4u 2Q tη 2 πgH t (9)
198
上 海 理 工 大 学 学 报
2003 年 第 25 卷
量 - 扬程曲线的特点 , 提出了旋喷泵叶轮、 集流管 的水力设计方法.
u2 ——叶轮出口圆周速度 vu1 ——进口绝对速度的圆周分量 vu2 ——出口绝对速度的圆周分量 g ——重力加速度 对于叶轮, 设 vu1 = 0, 用进口无预旋的斯托道 拉(Stodola)方法表示的叶轮扬程为 Q h0 u 2 − η πD b ψ tan β 2 2 2 2 2 式中 h0 ——Stodola 滑移系数 η2 ——叶轮的容积效率 Ht = u2 g ψ2 ——叶轮出口排挤系数 D2 ——叶轮出口直径 b2 ——叶轮出口宽度 β2 ——叶片出口安放角 由于旋喷泵叶轮的工作条件与一般的低比转 数叶轮不同 , 它没有圆盘摩擦损失. 因此 , 设计过 程中 , 在保证旋喷泵有较高效率的前提下 , 还必须 满足性能曲线平稳的工作要求. 由式(2) 可见 , 在给定设计参数 Q 、 H 和 n 的情 况下 , 选择参数 D 2、 β2、 b2 和ψ 2 必须满足相关的准 则, 才能达到预期的设计效果. 2.2 叶轮几何参数的确定 (2)
Abstract： The structure, principle and performance of a low specific speed roto-jet pump are introduced in the paper. The relationship between the performance and the configuration of impeller and flow arrester is revealed through analysing and testing of the product. Key words ： roto-jet pump; impeller; flow arrester; hydraulic performance 目前我国生产的泵类产品主要有离心泵、 混 流泵、 轴流泵、 旋涡泵和往复泵等. 虽然已有较为 广泛的型谱覆盖范围, 但在小流量、 高扬程的范围 内 , 仍没有较为理想的产品 , 在此领域应用的产品 大多为高速泵、 多级泵和往复泵 . 通常的工业离 心泵不能适用于小流量、 高扬程的工况条件 , 而高 速泵、 多级泵和往复泵则体积庞大笨重、 易损件 多、 维修费用高、 工作量大且价格昂贵 , 往复泵出 口压力有脉动无法满足工业生产的需要. 旋喷泵是一种具有小流量、 高扬程、 流量 -扬 程曲线非常平稳等特性的特种泵. 该泵结构简单、 密封可靠、 操作方便且维修成本低 , 在相同比转数 的情况下, 比容积式泵或多级离心泵的体积小、 重 量轻. 因此 , 它特别适用于油田注水、 原料油的输 送( 例如乙烯焦油、 煤焦油由泵通过喉管送入燃烧
收稿日期： 2003-02-28 作者简介： 程云章(1964－), 男, 博士研究生.
炉 )、 高压冲洗除垢等要求流量平稳、 无脉动的流 [1] 体输送场合 . 20 世纪 80 年代末, 我国首先在炭黑新工艺改 造中引进了旋喷泵 , 用于原料油的输送 , 这种原料 油为乙烯焦油、 煤焦油 , 由泵通过喉管送入燃烧 炉 . 在这种场合 , 要求泵有较高的压头和稳定的 流量 . 由于原料油为富含芳烃的非润滑性油, 用 一般螺杆泵、 齿轮泵和多级离心泵输送时磨损严 重、 使用寿命很短. 随着国外旋喷泵产品的引进及国内市场的需 求, 我国某制造企业于 20 世纪 90 年代中期生产了 规格不成系列的产品. 但由于缺乏对旋喷泵工作 机理及设计方法的研究 , 其产品的各项性能指标 与国外同类产品相比还有很大的差距. 作者通过对旋喷泵工作机理的研究, 根据流
a. 叶片数 Z 一般来说, 泵的叶片数与其比转数、 叶片负荷 和扬程有关. 选择叶片数时 , 不但要考虑使叶轮 流道有足够的长度 , 以保证液流的稳定性和叶片 对液体的充分作用 , 而且还要考虑尽量减少叶片 的排挤和表面的摩擦 . 对于低比转数铸造叶轮 , 叶片数 Z 的计算式为[4] β + β1 D + D1 Z = 6.5 2 sin 2 (3) D2 − D1 2 D1 ——叶轮进口直径 β 1, β 2 ——叶轮进、 出口安放角 一般情况下 , 叶片数与比转数的关系如表 1 所示. 式中
表2 Tab.2 圆盘摩擦损失与比转数关系 Relationship between the disc friction loss and the specific speed
集流管的结构如图 3 所示, 它由吸入段、 扩散 段和稳定段组成. 叶轮流出的液体经过吸入段进 入扩散段 , 扩散段的作用是将液体的速度能转化 为压力能 , 使被输送的液体在管路中以能量损失 最小的速度运动.
第2期
程云章等: 低比转数旋喷泵的试验研究
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计方案的叶片出口安放角β 2 = 75º, 如图 2 所示. c. 叶片出口宽度 b2 在旋喷泵叶轮设计过程中 , 为了降低叶轮出 口轴面速度 , 使叶轮性能曲线平稳 , 采用加大流量 设计法 . 实践证明使用该方法 , 既能使性能曲线 平稳 , 又能使叶轮直径在满足流量、 扬程的情况下 尽可能地小. 低比转数叶轮的几何特征除叶轮外径较大之 外, 就是叶轮的轴面流道较狭窄 , 即 b2 较小. 通常 情况下的计算式为[3,4] 叶轮出口安放角 β 2 是影响泵性能的主要几 何参数之一. 在低比转数离心泵的设计中 , 为了 减小叶轮外径 , 降低圆盘摩擦损失, 首先考虑选择 较大的β 2 . 叶轮外径 D2 与β 2 的关系为
Q b2 = K b2 n
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(5)
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Hale Waihona Puke n K b2 = 0.64 s (6) 100 而实际上, 旋喷泵叶轮出口宽度 b2 比按上述 方法计算得到的要大. 通过计算及试验证明, b2 的选择范围为 n 0.64 s 100
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30 40 50 60 70 80 比转数 ns 圆盘摩擦损失/水功率(%) 28.5 20.4 15.7 12.7 10.6 9.1
a. 集流管进口直径 d1 假设液体进入叶轮前没有预旋 , vu1 = 0, 式(1) 变为 Ht = 1 vu2u2 g (8)
由于旋喷泵叶轮没有圆盘摩擦损失, 故有较 平稳的工作曲线. 综合考虑上述因素及旋喷泵的特殊性 , 本设
扩压损失较大. 因此 , 在高扬程、 小流量工况下, 旋 喷泵比多级泵及高速泵的效率要高很多.
(10)
由式 (10) 可知 , 当旋喷泵的扬程一定时 , 流量 增大 , 集流管的进口直径增大 ; 同样 , 当流量一定 时 , 扬程增大 , 集流管进口直径减小. 该结论与试 验结果相一致. b. 集流管出口直径 d3 集流管出口直径 d 3 的计算方法参照离心泵 蜗壳喉部直径的计算方法[2], 则 4Q t d3 = πv3 式中 其中 v3——喉部流速 v3 = K 3 2 gH K3——速度系数 c. 设计集流管外部形状考虑的因素 由于集流管在泵体中有液体绕流作用 , 在设 计过程中 , 既要满足制造工艺及集流管内部面积 变化的要求 , 又要满足绕流阻力最小的要求. 试 验及计算表明本设计达到了预期的设计效果. (11)
1 结构与工作原理
旋喷泵的结构如图 1 所示. 液体通过吸入室 , 流经轴向集流管的外侧 , 进入高速旋转叶轮内 . 由于离心力的作用 , 使液体在叶轮内获得一定的 能量 , 液流以轴向排出的方式进入高速旋转的转 子腔内 , 然后进入静止的径向集流管内. 由于径向 集流管是扩散管 , 它把液体的速度能转换成压力 能, 使之成为压力很高的液体从轴向集流管内输出.