低脉冲浆泵叶轮的三维造型及其内部湍流场的数值模拟与脉冲测试

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随着科学技术的进步与造纸工业的高速发展,纸机车速与幅宽的提高,对纸浆流送与纸页成形工艺装备提出了更高要求。保持上浆系统的压力稳定,减低压力脉冲是影响纸页优质成形的重要因素,而上浆系统的主要压力脉冲源来自上浆泵和压力筛。本文从上浆系统的主要压力脉冲源之一的上浆泵的研究出发,阐述了低脉冲浆泵的水力设计原理与低脉冲机理,利用PRO-E软件实现了泵叶轮的三维实体造型,利用FLUENT软件,选择了贴体网络技术和恰当的三维湍流模型对低脉冲浆泵叶轮内流道的三维湍流场进行了数值模拟,并进行了脉冲测试和验证。这一研究方法遵循了人们普遍追求和向往的泵的现代化设计理念,即集泵的水力设计、三维实体造型、内部流动分析及性能测试于一体的设计方法。本文的研究不仅对于造纸工业上浆系统的改造有实际的意义而且对于泵的三维数字化设计的普及也具有现实的意义。本文的主要研究工作有: 1、研究了低脉冲浆泵叶轮的设计理论和设计方法,用相似设计法设计了200SJP-42型低脉冲浆泵,分析了其产生脉冲的原因,并研究了其产生低脉冲的机理,揭示了多叶片对称交错式叶轮结构旋转产生多个脉冲叠加是形成低脉冲的原理; 2、研究了利用PRO-E软件实现了低脉冲浆泵叶轮的三维实体造型的方法,提出了利用NURBS曲线和曲面实现对低脉冲浆泵叶片流线的动态调控和叶片曲面的光顺,并沿叶片等高线和叶轮轴面截线形成叶片曲面的方法,并在此基础上通过曲面拟合建立叶片与叶轮三维实体。 3、应用商用CFD软件FLUENT对低脉冲泵叶轮内流道进行了网格划分及对其内部三维不可压湍流场进行了数值模拟研究,通过对其压力场与速度场的分析,揭示了低脉冲浆泵叶轮流道内部流体的流动规律,为低脉冲浆泵叶轮的优化设计提供了理论依据。 4、利用变频器、压力传感器和计算机等测试仪器构成的测试系统精确测量了低脉冲浆泵产生的脉冲,并实现了数据通信,通过与目前通用的冲浆泵产生的脉冲作比较,验证了所设计的低脉冲浆泵比老式冲浆泵有较低的脉冲性能及低脉冲。
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