高压海水淡化泵水力性能及激励特性研究

论文摘要

海水淡化工程在淡水资源紧张匮乏的今天乃至于将来都将扮演着重要的角色,在国民经济中起着不可替代的作用,对人们的生产生活产生深远的影响,而多级高压海水淡化泵作为海水淡化工程中重要的一环,其作用不言而喻。随着海水淡化工程的普及以及人们对淡化海水日需求量逐渐增加,相较于其他海水淡化泵,多级高压海水淡化泵性能的优越性显得格外突出。对高压海水淡化泵进行研究,不仅可以获得其内部的流动特性、揭示其内流的压力脉动规律,也可为高水力性能和低脉动性能的多级高压海水淡化泵的设计提供依据,具有一定的理论意义和实用价值。本文以一台多级高压海水淡化泵的首级作为研究对象,对该海水淡化泵的导叶安装位置进行了优化设计,对比分析了其外特性能、内部流动以及其激励特性,对高压海水淡化泵的低噪声水力设计进行了初步探索,主要研究工作及成果如下:首先,采用数值计算的手段对海水和淡水两种介质在高压泵的流动进行了模拟,对其扬程和效率进行预测,分析了两种介质下的叶片载荷分布,详细刻画了由于介质的不同在泵的导叶和壳体内部的流动所产生的差异,同时也指出泵壳体的严重不对称性是造成水力损失的主要原因之一。其次,对两种不同介质下的三个典型工况展开非定常计算,获得其泵内部的压力脉动在时域和频域上的能量分布。小流量工况时的时域谱有一定的差异,而在设计工况和大流量工况下的时域差异十分小。分析了淡水介质时压力脉动在频域上的分布,壳体内的频谱特性表现为除叶频能量幅值突出外,四倍叶频幅值同样较大。第三,探讨了导叶轴向安装位置不同时将会对外特性能、导叶和壳体内的损失以及压力脉动时、频特性产生重要影响。导叶出口中心与出液管中心越近时,能获得较高的水力效率,导叶和壳体内的损失随着流量的增加而增加,导叶轴向安装位置不会影响泵内的压力脉动频谱特性,导叶出口中心与壳体出液管中心的距离在一定范围内时,可以获得脉动性能较低的水力模型。最后,研究了高压海水淡化泵内流激励特性,结果表明:导叶周向安装角度对扬程的影响较小,对效率影响稍大,导叶叶片出口偏右3°的效率最佳;导叶和壳体内损失差异相对较小,随着导叶安装角度逆时针旋转过程中,泵截面1上Z轴方向的强涡区域逐渐减小,强度减弱;导叶安装角度亦不会对泵内的频谱特性产生影响,但能量分布差异较大,导叶出口边相对于出液管中心稍偏左时,所获得的压力脉动水平较低。为提升高压海水淡化泵的使用效益提供了依据。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 海水淡化高压泵研究进展
•   1.3 多级离心泵非稳态流动研究进展
•   1.4 本文的主要研究内容及意义
• 第二章 水力模型及数值计算方法
•   2.1 三维模型及网格划分
•     2.1.1 三维建模
•     2.1.2 网格划分
•   2.2 数值计算方法
•     2.2.1 湍流模型
•     2.2.2 边界条件
•     2.2.3 非定常计算方法
•   2.3 本章小结
• 第三章 高压海水淡化泵水力学性能
•   3.1 水力性能对比
•   3.2 叶片载荷分布对比分析
•   3.3 内部流场分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 高压海水淡化泵内流的优化设计
•   4.1 优化设计方案
•     4.1.1 轴向位置优化方案
•     4.1.2 导叶安放角度优化方案
•   4.2 不同优化方案的水力特性
•     4.2.1 导叶轴向位置对水力性能的影响
•     4.2.2 导叶安放角度对水力性能的影响
•   4.3 不同叶轮导叶轴向位置的内流分布对比
•     4.3.1 导叶轴向位置不同的内流分布
•     4.3.2 不同导叶安放角对内流分布的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 高压海水淡化泵内流激励特性的研究
•   5.1 信号分析
•   5.2 压力脉动分析
•     5.2.1 时域压力脉动对比
•     5.2.2 纯水压力脉动分析
•     5.2.3 导叶不同轴向位置的压力脉动频谱对比
•     5.2.4 导叶不同安放角的压力脉动频谱对比
•   5.3 能量性能分析
•     5.3.1 特征频率幅值分析
•     5.3.2 轴向安装位置对压力脉动的影响
•     5.3.3 导叶安放角对压力脉动的影响
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 研究总结
•   6.2 发展展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张磊

导师: 王贵成

关键词: 高压海水淡化泵,导叶安装,水力性能,内部流动,频谱特性

来源: 江苏大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 江苏大学

分类号: P747

DOI: 10.27170/d.cnki.gjsuu.2019.000335

总页数: 85

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