海水淡化用提升泵數(shù)值模擬及流固耦合研究.pdf

1、中國是一個淡水資源嚴重缺乏的國家，反滲透海水淡化技術由于其設備投資小、能量消耗低、建造周期短等優(yōu)點，在中國發(fā)展迅速，已成為海水淡化的主導技術。
　　 本文是依托國家十一五科技支撐項目《萬噸級膜法海水淡化關鍵技術與裝備研究》而提出的，目的是設計一臺符合其技術指標的高效提升泵。由于海水淡化系統(tǒng)中泵和能量回收裝置的效率指標對其能耗指標影響很大，因而加強對提升泵效率的研究具有很重要的意義，本文對提升泵研究展開內容如下：
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2、.在優(yōu)秀水力模型的基礎上，通過改變泵效率主要影響參數(shù)的尺寸；結合損失極值法、相似換算法以及離心泵設計軟件等方法進行水力設計，設計出三種優(yōu)秀水力模型。
　　 2.借助Pro/E軟件對泵的水力部件進行三維造型；借助CFX軟件，并合理選取內部流動的N-S方程、湍流模型、N-S方程的數(shù)值解法以及邊界條件等，對三組水力模型進行三維定常計算。根據(jù)三組水力模型的計算結果，挑選出一組流量-揚程曲線變化緩慢，效率較高且高效區(qū)較寬廣的水力模型進行試

3、驗研究。研究結果表明各性能參數(shù)計算值與試驗值吻合較好，在設計工況下，試驗泵揚程為40.5m，效率為81％，完全符合設計要求。
　　 3.利用計算流體力學軟件CFX，在三維定常計算的結果上，對泵內部流場進行三維非定常求解，研究了模型泵內部湍流情況、壓力脈動情況以及葉輪出口壓力的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點的壓力變化基本成正弦周期變化；不同監(jiān)測點、不同流量下，壓力脈動的主要影響頻率為葉輪葉片轉過的頻率，且在設計流量幅度值較小，偏離設計流

4、量幅度值增大;葉輪出口附近的壓力在兩隔舌之間基本呈對稱分布。
　　 4.利用計算流體力學軟件CFX和結構有限元軟件ANSYS12.0對提升泵內部流場和葉輪結構進行雙向同步交替計算流固耦合聯(lián)合求解。研究葉輪轉子結構在流體作用下的應力分布與結構變形、流體受結構變形的影響、速度場與壓力場的變化等。研究結果表明，葉輪結構在流場的作用下發(fā)生了變形，最大變形處為兩葉片之間的后蓋板處；葉輪最大應力點為葉片出口與前后蓋板相接的地方；流固耦合作用