过程流体机械课程设计

课程设计论文

论文题目: 过程流体机械课程设计学科专业：过程装备与控制工程

摘要

为了了解叶轮内部流动特性，自行设计了叶轮，采用5片普通圆柱形叶片进行内部流动特性数值模拟，得到两种工况下的叶轮内部流场分布，分析了不同流量下的流量—扬程和流量——效率关系。计算结果表明，扬程随着流量增大而减小，效率随着流量增大而减小，到达最佳工况点之后，效率开始下降。

关键词：离心泵；水力设计；流量；内部流场；数值模拟

目录

摘要

第一章叶轮水力设计 (1)

1.1已知设计参数 (1)

1.2泵的设计参数和结构形式计算和确定 (1)

1.2.1泵形式及级数的确定 (1)

1.2.2 泵效率计算 (2)

1.2.3泵的轴功率 (2)

1.3叶轮主要几何参数的计算和确定 (3)

1.3.1泵轴传递的扭矩 (3)

1.3.2泵的最小轴径 (3)

1.3.3叶轮轮毂直径d h (3)

1.3.4叶轮进口直径D j的初步计算 (3)

1.3.5叶片进口直径D1的初步计算 (4)

1.3.6叶片出口直径D2的初步计算 (4)

1.3.7叶片进口宽度b1 的初步计算 (4)

1.3.8 叶片出口宽度b2的初步计算 (5)

1.3.9 叶片包角φ (5)

1.3.10 叶片出口圆周厚度 (5)

1.3.11叶轮叶片进口安放角 (5)

1.3.12 叶片进口速度 (6)

1.4叶轮主要几何参数 (6)

第二章欧拉方程性能计算 (7)

2.1离心泵的理论扬程 (7)

2.2 考虑有限叶片数的影响 (7)

第三章计算流体力学方法及分析 (9)

3.1计算模型的建立 (9)

3.2网格划分 (11)

3.3 流场计算边界条件 (12)

3.4数值模拟基本参数 (14)

3.5数值模拟结果分析 (14)

3.5.1 叶轮内部流场的压力分布 (14)

3.5.2 速度分布 (16)

3.5.3水泵扬程和水力效率的预测与收敛图 (18)

3.6总结 (20)

参考文献 (22)

第一章 叶轮水力设计

1.1已知设计参数

流量Q =20m 3/h 转速n =1450r/min 比转速 80—100

1.2泵的设计参数和结构形式计算和确定

1.2.1泵形式及级数的确定 泵的比转速【1】

39.823.6)65.3(3

/4—==s

n Q n H (1-1) 取为7mm ，故

66.917

3600

/20145065.365.34

34

3=⨯⨯=

=

H

Q n n s （1-2）

故泵的水力方案为：单级单吸式离心泵。

泵的进口直径

取泵的流速s v

=2.7/m s ；

s

v Q Ds ⋅=

π4

= =55mm （1-3）

取为55mm

泵的出口直径

Ds Dd )7.01(-= （1-4） 由于该泵为中型扬程泵，故

D D s

d = =55mm

重新计算泵的进出口速度

错误！未找到引用源。=2.338m/s ，取为2.4m/s

1.2.2 泵效率计算

（1）水力效率【1】

849.01450

3600/20lg 0835.01lg 0835.0133

=+=+=n Q h η （1-5） （2）机械效率【1】

923.0100107

.016

7

=⎪⎭

⎫

⎝⎛-=s m n η （1-6）

（3）容积效率【1】

967.033

.9168.011

68.0113

23

2=⨯+=

+=

--s

v n η （1-7）

（4）总效率【1】

758.023.0849.0967.0=⨯⨯==h m v ηηηη （1-8） 1.2.3泵的轴功率

kw gQH N 52.0758

.010007

36002081.91000=⨯⨯÷⨯==

ηρ （1-9） 4.0==ηN N

e

1.3叶轮主要几何参数的计算和确定

1.3.1泵轴传递的扭矩

m N n N M e n ⋅=⨯==63.21450

4.0955010*5

5.93

（1-10）

1.3.2泵的最小轴径

对于45号钢，经调质处理之后HB =241–286，25/10)540441(][m N ⨯-=τ 取 25/10540][m N ⨯=τ，则最小轴颈

[]mm Mn d 24.610

5402.063

.22.035

3

=⨯⨯==τ （1-11） 1.3.3叶轮轮毂直径d h

取系数k =1.3,则

mm kd d h 5.724.63.1=⨯== （1-9）

取为8mm

1.3.4叶轮进口直径D j 的初步计算

D 0可由系数速度系数法求得

【2】

mm n Q K D o o 46.591450

3600

/200.433

=⨯== （1-10） K 0——系数，根据统计资料选取 主要考虑效率 K 0 =3.5—4.0 兼顾效率和气蚀 K 0 =4.0—4.5 主要考虑气蚀 K 0 =4.5—5.5 此处取 K 0 =3.8 对于穿轴叶轮：