45°斜式轴流泵装置的流动特性分析与实验

ｒ８２２‘０５中ｍ分类号单位代号１１９０３学日０２７２０８：上海大学＠硕士学位论文ＳＨＡＮＧＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ题轴流泵内部流动及受力特ｌ目性的分析与研究作考苤聂——一学科专业流体力学导师呈坚９９塾量睦丝勤塑援完成日期２００５年３月图３－１计算区域及网格划分§３．３结果分析§３．３．１压力和速度分布本章计算了表３一ｌ中轴流泵叶片角度在．４０、ｏｏ和４０时８个流量工况下的流动。

图３．２是叶片角度在００，流量为１２ｍ３／ｓ时整个轴流泵表面静压分布。

从图中可以看出，吸入管内部的压力较低，其分布比较的均匀。

当流体进入叶轮时，首先在靠近进水边的叶片背面清楚的看到存在低压区，这是因为流体由吸水管进入叶轮的叶片通道时，由于叶片的作用，使得流体的速度在靠近叶片的背面迅速增大，从而形成低压区。

在轴流泵实际的运行过程中，此位置常会发生汽蚀现象，引起叶片的破坏，故在轴流泵设计时需要考虑这个重要因素，根据实际运行工况，选择合适的叶片翼型。

流体在叶轮中的压力变化较大，沿着叶片工作面的法向方向，流体的压力由大到小逐渐变化。

当流体由叶轮的４个流道进入６个导叶的流道时，由于高速旋转的叶轮叶片和静止的导叶间的相互作用，使得导叶段中压力分布沿于指导高效轴流泵的设计具有重要意义。

图３－２轴流泵表面静压分布图３－３（ａ）叶轮叶片及轮毂表面静压分布图３－３（ｂ）叶轮叶片及轮毂表面静压分布图３－３（ｃ）叶轮叶片及轮毂表面静压分布圈３．４导叶、轮毂和轴表面静压分布第三章轴流泵内部流动特性的数值研究段内由于叶轮叶片和导叶相互作用的非定常流动时存在一定的偏差。

在对轴流泵进行性能预测时，考虑到叶轮区域流动的准确模拟才是影响性能的主要因数，故本文仍采用此模型，模拟叶轮在某一固定位置时轴流泵内的流动。

虽然这对于水泵的内部流动计算产生一定的误差，但水泵的性能是在时间和空间平均意义上的体现，为此从综合性能上讲，应该影响不大。

流体力学实验装置的流动特性分析与研究方法流体力学实验是研究流体在各种条件下的行为和特性的重要手段，而流体力学实验装置的设计和运用直接影响到实验结果的准确性和可靠性。

本文将就流体力学实验装置的流动特性分析与研究方法展开探讨，以帮助实验者更准确地了解流体力学实验装置的流动特性，并有效进行流体力学实验研究。

一、流动特性分析在进行流体力学实验时，首先需要对流体在实验装置中的流动特性进行分析。

流体在管道、阀门、槽道等装置中的流动受到多种因素的影响，如流速、压力、粘性等。

通过对这些因素的分析和研究，可以更好地理解流体在实验装置中的流动规律，并为实验设计和操作提供依据。

1. 流速分析流速是影响流体在实验装置中流动特性的重要因素之一。

不同的流速会导致流体的流动形态和速度发生变化，进而影响流体的压力分布、阻力等。

因此，在进行流体力学实验时，需要对流速进行详细的分析和测量，并根据实际需要进行调整和控制。

2. 压力分析压力是流体在实验装置中的另一个重要参数，它反映了流体在流动过程中的受力情况。

通过对压力的分析，可以了解流体在实验装置中的压力分布规律，找出存在的问题并进行调整。

此外，压力还与流速、流量等参数密切相关，因此需要综合考虑进行分析。

3. 粘性分析流体的粘性是影响流体流动特性的另一个重要因素。

粘性会影响流体的黏滞阻力、速度剖面等，在实验中需要考虑粘性的影响，并根据实际需要进行适当的处理。

粘性的分析可以帮助实验者更好地了解流体在实验装置中的流动特性。

二、研究方法针对流体力学实验装置的流动特性，研究方法是必不可少的。

合理的研究方法可以帮助实验者更全面、深入地了解流体力学实验装置的流动特性，并有效地进行实验设计和操作。

1. 数值模拟数值模拟是研究流体力学实验装置流动特性的常用方法之一。

通过建立数值模型，模拟流体在实验装置中的流动过程，可以得到流速、压力、粘性等参数的分布情况，并进行分析。

数值模拟可以有效地帮助实验者了解流体在实验装置中的流动规律，并指导实验的设计和操作。

斜流泵结构与能量特性的研究进展由于斜流泵兼有离心泵和轴流泵的优点,其应用范围越来越广。

首先根据比转速的不同对斜流泵进行了分类,介绍了斜流泵的结构特点、能量特性以及存在的问题。

对现有的斜流泵的设计方法即传统设计法、逆向求解设计法以及控制速度矩设计法的优势及不足进行了总结。

在斜流泵的设计中需要注意的细节包括轮缘间隙、叶片角变化、绘型技术以及轴面图设计等。

轴面图设计是影响斜流泵性能的一个重要因素,通过合理的改进轴面图形状,可以提高设计点效率、改善小流量点的驼峰。

应用PIV测试以及CFD技术可以获取并分析斜流泵的内部流动特性。

1、前言斜流泵也称为导叶式混流泵,具有外径小、占地面积少、易启动以及效率高等优点,是一种性能和结构介于离心泵和轴流泵之间的水泵,具有两者的优点,补偿了两者的缺点。

斜流泵的比转速传统应用范围在290～590,目前其应用范围已开始逐渐向传统的离心泵和轴流泵领域拓展。

通过合理设计以及对叶轮叶片进行调节,斜流泵可以实现大范围的高效稳定运行。

由于斜流泵具有上述优点,使其在海水脱盐系统以及火力发电和核电站的循环水系统中广泛采用,据日本透平机械协会统计,日本泵制造业在2003～2006年间为全球的火电站和核电站提供的循环水泵中斜流泵超过了93%,其中最大口径达4m。

国内的斜流泵研究和生产与轴流泵和离心泵相比有很大的差距,其试验和理论研究都非常薄弱。

2、斜流泵结构特点与能量特性从水力结构看,斜流泵过流部件主要包括叶轮和导叶两部分,有的还包括进水导流部件,叶轮叶片有可调与不可调两种,通常情况下低比转速叶轮为不可调式的闭式叶轮,中高比转速叶轮为可调式的开式叶轮。

在设计流量的0.5～0.7倍附近,流量-扬程曲线出现正斜率,也就是通常说的马鞍型曲线,斜流泵的这一不稳定特性会产生振动和噪声等不良现象。

都築和豊倉等认为这是由于在该小流量点工况下叶轮进口回流损失引起的,前者还通过改善叶轮轮毂进口的设计消除了这一马鞍型。

一、实训背景随着我国工业和农业的快速发展，水泵作为流体输送的重要设备，其性能和效率对整个系统的运行至关重要。

斜流泵作为一种高效、节能的流体输送设备，广泛应用于水利工程、农业灌溉、城市给排水等领域。

为了深入了解斜流泵的工作原理和性能特点，提高我们的实践操作能力，本次实训选择了斜流泵叶轮模型作为研究对象。

二、实训目的1. 理解斜流泵的工作原理和结构特点。

2. 掌握斜流泵叶轮的设计方法和计算过程。

3. 通过实际操作，提高对斜流泵叶轮模型的加工和装配能力。

4. 分析斜流泵叶轮的运行性能，为实际工程应用提供理论依据。

三、实训内容1. 斜流泵工作原理及结构特点斜流泵是一种介于离心泵和混流泵之间的泵型，其叶轮进口为圆弧形，出口为直线形，流体在叶轮中做螺旋运动。

斜流泵具有扬程较高、流量较大、结构简单、运行平稳等优点。

2. 斜流泵叶轮设计（1）确定设计参数：根据实际应用需求，确定斜流泵的流量、扬程、转速等设计参数。

（2）叶轮几何参数计算：根据设计参数，计算叶轮的直径、叶片数、叶片出口角等几何参数。

（3）叶片形状设计：根据叶片出口角和叶片厚度，设计叶片形状。

3. 斜流泵叶轮模型加工与装配（1）材料选择：选用具有一定强度和耐腐蚀性的材料，如不锈钢、铸铁等。

（2）加工过程：按照设计图纸，进行叶轮毛坯的加工，包括粗加工、精加工、表面处理等。

（3）装配过程：将加工好的叶轮、轴、轴承等部件进行装配，确保叶轮与轴的同心度。

4. 斜流泵叶轮性能测试（1）测试设备：采用水泵性能测试台，对斜流泵叶轮进行性能测试。

（2）测试方法：在固定转速下，分别改变流量，测量叶轮的扬程、效率等性能参数。

（3）数据分析：根据测试数据，绘制叶轮性能曲线，分析其性能特点。

四、实训结果与分析1. 叶轮设计结果根据设计参数，计算得到斜流泵叶轮的直径为300mm，叶片数为6，叶片出口角为30°。

2. 叶轮加工与装配经过加工与装配，叶轮与轴的同心度达到0.05mm，满足设计要求。

斜流式水轮机叶片的受力分析实验报告实验报告：斜流式水轮机叶片的受力分析一、引言二、实验原理1.斜流式水轮机基本结构和工作原理2.叶片的力学特性三、实验仪器和材料1.实验装置：斜流式水轮机实验装置2.仪器：压力传感器、力传感器和流量计等四、实验步骤1.装置调试通过调整导水管的角度和转轮转速等参数，确保实验装置的正常运行。

2.叶片测压力实验将压力传感器安装在叶片上，并调整位置使其与水流垂直。

记录不同转速下叶片所受的静压力和动压力，并计算得到压力的大小。

3.叶片测力实验将力传感器安装在叶片上，并调整位置使其与水流垂直。

记录不同转速下叶片所受的离心力，并计算得到力的大小。

4.流量测量实验通过流量计测量不同转速下的水流量，并记录数据。

五、实验结果和数据处理1.静压力和动压力的变化曲线根据实验测得的数据绘制静压力和动压力随转速变化的曲线图。

2.离心力的变化曲线根据实验测得的数据绘制离心力随转速变化的曲线图。

3.数据处理和分析通过实验测得的数据，进行数据处理和分析，计算叶片所受的压力和离心力的大小，并进行相关的统计分析。

六、结论通过斜流式水轮机叶片的受力分析实验，得出以下结论：1.静压力随转速的增加而增加，动压力也随之增大，说明水流对叶片的压力也随着增大。

2.离心力随转速的增加而增大，说明离心力对叶片的作用也随着增强。

3.随着水流量的增加，叶片所受的压力和离心力也会随之增加。

七、实验总结通过本实验，深入了解了斜流式水轮机叶片的受力特性和力学原理。

实验结果可以为斜流式水轮机的设计和运行提供参考和依据。

同时，本实验也存在一些问题和不足之处，例如实验中受到的水流不是真实的水流，可能存在实验误差等。

因此，在今后的实验中可以进一步改进实验装置，提高实验数据的准确性和可靠性。

[1]《水力机械试验与实验学》，杨玉瑜，中国水利水电出版社，2024年。

[2]《水电站机械设备的设计与计算》，郭平，中国电力出版社，2024年。

[3]《水力机械原理》，彭涌，机械工业出版社，2024年。

轴流泵叶片不同安放角度下的水力性能-水力学论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：为了探讨角度调节对泵站水力性能的影响,针对一斜式轴流泵装置进行了多工况及多角度下的水力性能仿真计算据此认为通过变角调节并不能有效的提高轴流泵实际运行下的性能;通过对各过流部件的水力损失分析发现随着角度的减小水力损失总体减小,平衡了装置的性能,并未因叶轮扬程的减小整体性能大幅下降;进水流道的水力损失不受叶轮影响,仅与流量相关;出水流道和导叶受叶轮的影响比较明显,水力损失呈现出先下降后上升的趋势;导叶内的损失主要呈现出下降的趋势,随着流量增大经过最高效率点之后略有上升。

关键词：变角调节; 泵装置; 数值模拟; 水力损失;Abstract：In order to explore the influence of angle adjustment on the hydraulic performance of pump stations, the simulation calculation on inclined axial-flow pump device under multipleangles and different working conditions was performed, and it is concluded that the performance of axial-flow pump cannot be efficiently improved by the changing of angle adjustment. Based on the analysis on hydraulic loss of each flow component, it is found that the overall hydraulic loss is reduced with the decrease of the angle and the performance of the device is balanced, which is not significantly declined due to the reduction of the impeller head. The hydraulic loss of the inlet flow channel is not affected by the impeller but is related to the flow rate, while the outlet flow channel and the guide vane are significantly affected by the impeller, and the hydraulic loss shows a trend of decreasing first then increasing. The loss in the guide vane mainly shows a downward trend, with the flow rate increasing after the efficiency point.Keyword：variable angle adjustment; pump device; numerical simulation; hydraulic loss;叶片泵常用的调节方法有变角、变速与变径调节。

流动现象演示实验流动现象演示实验2010-06-11 12：24实验十流动现象演示实验一、实验目的和要求1.观察管流、射流、明渠流中的多种流动现象；2.演示边界条件对水头损失的影响；3.结合工程实例，了解流体力学基本原理在工程实际中的应用。

二、实验装置1.结构仪器结构如图10.1、10.3所示。

本仪器一套共7台，分别演示不同的流动现象。

1.挂孔2.彩色有机玻璃面罩3.不同边界的流动显示板4.加水孔孔盖5.掺气量调节阀6.蓄水箱7.无级调速旋钮8.电器、水泵室9.标牌10.铝合金框架后盖11.水位观察窗图10.1流动现象演示仪结构示意图2.工作原理狭缝流道中设有特定边界流场，用以显示管流、明渠流、射流等多种流动图谱。

以气泡为示踪介质，半封闭状态下的工作流体-水由水泵驱动，自蓄水箱6(10.1)经掺气后流经显示板，无数的小气泡随水流一起流动，在仪器内的日光灯照射和显示板底板的衬托下，小气泡发出明亮的折射光，清楚地显示出小气泡跟随水流流动的图像。

由于气泡的粒径大小、掺气量的多少可由掺气量调节阀5任意调节，故能使小气泡相对水流流动具有足够的跟随性。

本仪器流动为自循环，其工作流程如图10.2所示。

图10.2流动现象演示仪工作流程图三.实验现象与原理各实验仪演示内容及实验原理提要如下：1.ZL一1型(图10.3(a))由下至上分别演示逐渐扩大、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、1800直角弯道等平面上的流动图像，模拟串联管道纵剖面流谱。

在逐渐扩大段可看到由主流脱离边壁(边界层分离)而形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，旋涡尺度越小，紊动强度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无旋涡。

由此可知，逐渐扩大段的局部水头损失大于逐渐收缩段。

图10.3流动现象综合演示仪显示面板在突然扩大段出现了较大的旋涡区，而突然收缩段只在死角处和进口附近的收缩断面后出现较小的旋涡区。

表明突扩段比突缩段有较大的局部水头损失(缩扩的直径比大于0.7时例外)，而且突缩段的旋涡区主要发生在突缩断面之后，所以水头损失也主要产生在突缩断面之后。