轴流泵水力模型设计与数值模拟研究

"这篇博士学位论文详细探讨了轴流泵水力模型的设计方法与数值模拟技术，主要针对大数据和算法在轴流泵领域的应用。作者通过理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方式，设计出高性能的轴流泵模型，并将其应用于南水北调等大型水利工程。论文内容包括轴流泵模型系列参数的确定、流线法设计叶轮的方法以及适合轴流泵内部三维定常流动的数值计算方法。" 轴流泵在大型水利工程如南水北调项目中起着关键作用，其效率和稳定性直接影响工程效益。传统的设计方法往往难以满足现代工程对轴流泵性能的要求。本文作者杨敬江在导师关醒凡教授的指导下，采用创新的设计策略，旨在提高轴流泵的性能。 首先，论文研究并确定了轴流泵水力模型系列的参数。通过保持模型流量恒定，通过调整设计扬程来改变比转速，创建了一系列适用于不同比转速的水力模型。模型泵流量设定为0.35m³/s，扬程范围2.5至11.0m，比转速则在500至1500之间变化，这样可以灵活适应各种工况需求。 其次，深入探讨了流线法设计轴流泵叶轮的技术。论文提出了一种新的环量分布修正方法，即从叶片外缘到轮毂线性修正环量，以优化叶片的气动性能。在叶片外缘增加环量，减少轮毂侧的环量，并使两者之间的环量修正系数遵循线性规律。同时，通过调整叶片进口冲角，使冲角从轮毂到轮缘逐渐增大，有效降低了叶片的扭曲，冲角值范围在0°至3°之间，根据比转速的增加，冲角会相应减小，以适应不同的运行条件。 此外，论文还研究了适用于轴流泵内部三维定常流动的数值计算方法。针对比转速为1000的轴流泵，作者探索了能够精确模拟泵内复杂流动的计算流体力学（CFD）技术，这对于理解和优化泵的性能至关重要。 这篇论文不仅提供了轴流泵水力模型设计的新思路，而且通过数值模拟验证了这些设计方法的有效性，为大数据和算法在流体机械领域的应用提供了实例。其研究成果对于提升轴流泵的效率、稳定性和工程适用性具有重要价值，对未来的泵设计和水利设施建设有着积极的指导意义。