ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .... 7
1.1 Гидромашины. Лопастные машины 7
1.2 Центробежные насосы. Характеристики центробежных насосов.
Методы получения характеристик 10
1.3 Примеры расчетных и экспериментальных работ 24
1.4 Приложения 30
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 43
2.1 Основные уравнения в интегральной форме 43
2.2 Realizable K-Epsilon модель турбулентности 44
3. ПОСТАНОВКА ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 48
3.1 Построение трехмерной геометрических моделей рабочего колеса и
направляющего аппарата 48
3.2 Выделение трехмерной геометрической модели проточной полости
рабочей ступени насоса 50
3.3Построение расчетных сеток 52
3.4 Граничные условия 57
3.5 Алгоритм расчетов и параметры решателя 59
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ 60
4.1 Локальные параметры течения 60
4.2 Рабочие характеристики насоса 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
Список использованных источников 72
ВВЕДЕНИЕ
1) Лопастные насосы представляют собой наиболее распространенный класс машин, используемых практически во всех областях техники.
2) Существенно трехмерное турбулентное движение жидкости в лопастных насосах отличается особой сложностью из-за влияния кривизны лопаток и вращения колеса, отрывов потока, кавитации и др. факторов. Поэтому для удовлетворения всё более растущих требований к энергетической эффективности, надежности, экономичности насосов, необходима достоверная качественная и количественная информация о локальных характеристиках течений в проточной полости.
3) При разработке новых конструкций насосов нужны надежные методики численного моделирования течений для предварительной оценки рабочих характеристик с целью последующей доводки конфигурации проточной полости.
4) В настоящее время применяется ряд пакетов прикладных программ, предназначенных для моделирования течений в технических устройствах. По результатам численного моделирования можно оценить характеристики будущего насоса еще до его изготовления.
5) Однако, при реализации данного подхода необходимо решать дополнительные задачи, связанные с адекватностью используемых математических моделей, с построением расчетной сетки требуемого качества и т.п.
6) Кроме того, существующие на сегодняшний день методики моделирования течения в многоступенчатых насосах требуют достаточно мощных компьютерных ресурсов из-за необходимости использования в расчетах нескольких ступеней с подводящим и отводящим устройствами.
По этому целью работы является разработка экономичной методики численного моделирования турбулентного течения и определения рабочих характер истик ступени погружного центробежного насоса.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. Выполнение обзора литературы по исследуемой проблеме.
2. Составление математической модели установившегося трехмерного турбулентного течения жидкости в проточной полости ступени насоса.
3. Разработка экономичной методики проведения численных экспериментов с использованием условий периодичности.
4. Верификация составленной математической модели и разработанной методики путем сопоставления результатов с данными натурных испытаний ступени насоса.
1)Составлена математическая модель турбулентного течения
несжимаемой жидкости в проточной полости ступени насоса, включающая в
себя уравнения неразрывности и Навье-Стокса, осредненные по Рейнольдсу,
уравнения двухслойной Realizable K-Epsilon модели турбулентности с
гибридными пристеночными функциями.
2)Разработана экономичная методика проведения численных
экспериментов с использованием условий периодичности между входом в
рабочее колесо и выходом из направляющего аппарата и заданием между ними
перепада давления в соответствии с исследуемой рабочей точкой
характеристики насоса.
3)Для верификации составленной математической модели и
разработанной методики моделирования выбраны данные многоступенчатого
погружного центробежного насоса ЭНЦА (К)5А-80. Сопоставление расчетных
характеристик ступени с экспериментальными показал, что:
а) достигнуто хорошее качественное и удовлетворительное
количественное соответствие экспериментальным данным, особенно по напору
ступени, причем максимальная погрешность замечена при больших подачах;
б) зона рабочих подач (зона максимального значения КПД) определена в
диапазоне от 35-70 м3/сут, что незначительно отличается от эксперимента (35-
75 м3/сут).
в) отличие расчетной характеристики КПД и потребляемой мощности от
экспериментальной объясняется тем, что в расчетах не учитывалось трение
текстолитовых прокладок о стенки корпуса.
