介质的改变对于离心泵流场及外特性影响开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1.离心泵的概述

1.1离心泵的应用背景

随着我国工厂工作的不断完善发展，离心泵在存在着液体输送环节的各项工作中均得到了广泛的应用，是当今时代使用较为普遍的一种液体运输工具。而离心泵对于液体输运工作而言，是液体运输正常运行的关键环节，一旦离心泵运行出现问题，液体输送的全部工作都会受到重大影响，因此，必须加强对离心泵的研究分析，保证离心泵能够实现科学合理的运行^[1]。

1.2 离心泵的简介

离心泵在工农业生产和国民经济的许多部门有着广泛的应用，是一种重要的水力机械。进行离心泵内部流动特性的研究对于泵的优化设计以及改善泵的运行特性具有重要影响。实现离心泵内部流动的数值模拟，不仅具有理论意义，更具有重要的工程实用价值^[2]。在现代工业的各部门中，泵都发挥着不可替代的作用。如：动力工业中用到的锅炉给水、冷凝水泵以及循环水泵等；化工行业中需要比列泵、计量泵等；采矿工业需要排水泵、高压泵等。总之，泵在国民经济的各个部门中都具有十分重要的意义。泵用来增加液体的位能、压能、动能(高速液流)。原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功，使其能量增加，从而使需要数量的液体，由吸水池经泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方^[3-7]。

1.3 离心泵的工作原理

离心泵主要由叶轮、泵、泵壳、轴封及密封环等组成。一般离心泵启动前泵壳里要充满液体，当原动机带动泵轴和叶轮旋转时，液体一方面随叶轮做圆周运动，一方面在离心力的作用下自叶轮中心向外周运动，液体从叶轮获得了压力能和速度能。当液体流经蜗壳到排液口时，部分速度能将转变为静压力能。在液体自叶轮抛出时，叶轮中心部位造成低压力区，与吸入液面的压力形成压力差，于是液体不断的被吸入，并以一定的压力排出^[8]。

2. 研究不同介质对离心泵性能的影响

基于FLUENT数值模拟软件,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散,选用标准k-ε湍流模型,压力和速度耦合采用SIMPLEC算法,对不同密度流体在不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果分析得出离心泵内部三维流场随流体介质密度的变化而变化的规律。同时,将不同情况下的预测扬程和效率进行对比分析,得出不同密度流体对离心泵外特性的影响情况。相同流量下,随密度增大,离心泵的轴功率增大。这对于输送不同密度介质时离心泵内流体流动状态的变化以及离心泵性能的变化起到了指导作用^[9]。

采用FLUENT软件件对离心泵进行数值模拟分析，传统的FLUENT模拟所采用的工作介质是水本研究使用的则是不同密度的流体介质，目的在于揭示离心泵在不同密度介质条件下的工作状况。目前，针对离心泵采用工作介质为水的数值模拟比较多，也有对其他粘度介质的研究但关于介质的密度对离心泵性能的影响的研究相对较少^[10]，未能更好地揭示不同的密度对离心泵性能及其内部流场的影响规律。

3.离心泵内部流场及外特性研究现状

离心泵复杂的流道形状、高速旋转、流动粘性以及动静部件间的相互作用等决定了其内部流动实际上是一个三维的、粘性的、非定常极其复杂的流动方式，有的甚至还是固液或气液等多相流动^[11]。近年来已经有大量的泵内部流动测试的结果得出，借助先进的流动测试技术，人们逐渐认识泵内各种复杂流动现象^[12-13]。正因为如此，采用传统的速度系数法和相似换算法设计和开发的离心泵在性能上也就不可避免地存在较大偏差。计算流体动力学（CFD）是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物。CFD作为一种数值方法，正逐渐走向成熟，在水泵、水轮机、风机等流体机械中的应用越来越广泛^[14-15]。目前，基于CFD技术的流场分析法能够对离心泵内部这种极其复杂的流动状况进行全数值模拟和性能预测，从而弥补离心泵传统设计方法的不足^[16-17]。最近几年，CFD已经并正在改变传统的水泵设计理念和分析方法。很多学者对离心泵三维流动进行了数值模拟^[18-23]。Tsukiya研究了关于血液输送用的离心泵，以及Nisle Ewald研发的排除污水的潜水泵等也从多个角度研究关于离心泵输送不同流体的问题^[24-25]。CalS.L. 针对用于固液两相流的半开式叶轮内的流动情况，采用数值模拟的方法对叶轮内三维流场进行研究，湍流模型采用标准κ-ε模型，用随体坐标和交错网格系统对N-S方程和κ-ε方程进行离散，采用SIMPLEC算法进行计算，将计算结果与实验结果进行比较，取得了良好的效果^[26]。

3.小结

采用不同的介质时，离心泵内部压力、速度分布规律与清水介质得到的规律是基本一致的。可见离心泵流场内部运动的一般规律是不随密度变化而变化的。离心泵作为重要的流体输送装置，被广泛应用于国民经济的各个部分。提高泵的效率、安全性和可靠性，扩大其稳定运行范围，对经济发展、节约能源和环境保护都有重要影响。目前用数值模拟方法研究离心泵内部流场已成为改进和优化离心泵的重要手段之一。所以研究不同介质对于离心泵性能及流场影响有助于离心泵的研究与使用。

参考文献

[1].周文胜.离心泵原理及其应用[J].科技风，2012,（02）

[2].杨倩．基于不同湍流模型的离心泵内部流场数值模拟与分析［D］．兰州：兰州理工大学，2010．

[3] 沈阳水泵研究所.离心泵设计基础[M].北京:机械工业出版社,1974.1-2

[4] 赵继宝.国内外水泵技术的研究现状与发展前景[J].鸡西大学学报，2008,8（2）：

110-111

[5] 严敬,杨小林.国外水泵研究现状概述[J].排灌机械,2003,21(5):1-3

[6] 袁寿其.低比速离心泵理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1997.16-19

[7] 关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京:中国宇航出版社,2011.18-20

[8] 张震华,姜苏苏.浅谈离心式水泵工作原理及常见故障原因[J].南方农机，2014，（04）

[8] 周文胜.离心泵原理及其应用[J].科技风，2012,（02）

[9] 居春叶，韩念琛.不同密度流体介质对离心泵性能的影响[J].化工机械，2013,（03）

[10] 潘中永，曹英杰.离心泵输送不同粘度流体的数值分析[J].排灌机械，2007,27 （3）：169

[11]袁寿其,刘厚林.泵类流体机械研究进展与展望[J].排灌机械,2007,25(6):46-51

[12]Acosta A J,Bowerman R D.Anexperimental study of centrifugal pump impellers[C].Trans.

ASME1957,79:1821-1839

[13] HowardJHG,Kittmer C W.Measured passage velocities in a radial impeller with shroudedand unshounded configurations[J]. Trans ASME,J.FluidEng,1980(Dec.) :420-326

[14] Jorge P,Javier P,Raul B,etal.A simple acoustic model to characterize the internal low frequency soundfield in centrifugal pumps[J].Applied Acoustics,2011,72(1):59-64

[15]王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社，2004

[16]牟介刚,张生昌.CFD技术在离心泵设计工作中的应用[J].水泵技术,2006(2):29-31

[17]谢洁飞,李香桂，杨辉.基于CFD的离心泵内部流场数值模拟与性能预测[J].中南林业科技大学学报，2010，（03）

[18]唐辉,何枫.离心泵内流场的数值模拟[J].水泵技术,2002,(03)

[19]隋荣娟,孙居彦，李仁杰.离心泵内部流场的模拟[J].农业技术与装备，2008，(08)

[20]王志坚，佟亮，李璐璐.基于CFD的离心泵内部三维流动数值模拟和性能预测[J].流体机械，2012,40（6）：14-18

[21]郑玉彬,张旭明，张凤鸣，李春明.基于CFD的离心泵内部流场的数值模拟[J].科技创新与应用,2014,（21）

[22]李沈坚，李春，周碧池.离心泵叶轮内流场数值模拟及分析[J].能源研究与信息，2008，（04）

[23]王洋,王维军，刘洁琼.基于Fluent的叶片数对低比转速离心泵内部流场的影响[J].中国农村水利水电,2011，(12)

[23] Tsukiya Tomonori.输送血液用的离心泵[日][C].日本机械学会论文集B，1995 61（591）：3915~3920

[24] Nisle Ewald.污水用的潜水泵[德][C].Maschinenmarkt.1996，119(9)：32~33

[26] Cal S.L. Coulas A.YakinthoK.Etal.Numerical simulation of three-dimensional Turbulent flowin a centrifugal pump impeller[J].Proceedings of the International Conference on Pumps andfans,ICPE,1998:411-418

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本课题主要研究介质的改变对于离心泵内部流场及外特性的影响。对比不同液体粘度的透平扬程、输出轴功率、水力效率、进出口速度矩、反击系数等参数,得到了最优工况透平和泵性能依存性以及泵、透平各自性能参数修正系数与雷诺数的函数式。通过各个粘度下透平蜗壳平均出流特性、冲角以及叶轮、蜗壳内的水力损失系数的对比,分析了粘度对内部流动的影响

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年 月 日

所在专业审查意见：

负责人：

年 月 日