離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

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1、第44卷第23期人民長(zhǎng)江Vo1．44．No．232013年12月YangtzeRiverDel2．，2013文章編號(hào)：1001—4179(2013)23—0086—03離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究郭傲輝，曾永忠，劉小兵，王絲絲，羅鳳2(1．西華大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，四川I成都610039；2．西南交通大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院，四川I成都610039)摘要：計(jì)算流體(CFD)技術(shù)已經(jīng)成功地運(yùn)用于離心泵內(nèi)部湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬。通過實(shí)體建模，為某型號(hào)離心泵添加固定導(dǎo)葉，然后運(yùn)用ANSYS軟件，基于標(biāo)準(zhǔn)k—s模型，對(duì)離心泵

2、內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)添加導(dǎo)葉前后的壓力、速度矢量圖以及效率與實(shí)際的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加固定導(dǎo)葉后，出口壓力明顯增大，液流流動(dòng)更加均勻，效率也得到大幅提升，而且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也比較吻合。研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真模擬的可靠性，同時(shí)也為實(shí)體泵優(yōu)化和進(jìn)一步提升效率研究提供理論參考。關(guān)鍵詞：固定導(dǎo)葉；ANSYS；標(biāo)準(zhǔn)k—s模型；數(shù)值模擬；離心泵中圖法分類號(hào)：TV734文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A離心泵是一種高揚(yáng)程水泵，葉輪和導(dǎo)葉又是離心速為1480r／min，葉輪直徑為482mm，導(dǎo)葉葉片數(shù)為泵中重要的過流部件。葉輪

3、將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳8，葉輪葉片數(shù)為5。給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能，而導(dǎo)葉是離心泵的轉(zhuǎn)能裝置，它的作用是將葉輪甩出來的液體收集起來，使液體的流速降低，把部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽渌π阅艿奶岣邔?duì)于提升離心泵效率具有十分重要的意義。近年來CFD分析技術(shù)在風(fēng)機(jī)、水泵等許多工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也得到了逐步完善。另外將CFD用于泵體內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值模擬，已經(jīng)成為泵優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要方法。大量的工程實(shí)踐證明，數(shù)值模擬結(jié)果是可靠的。本文通過為某型號(hào)離心泵添加固定導(dǎo)葉，然后基于CFD仿真技術(shù)，對(duì)泵體圖1買體模型進(jìn)

4、行了流場(chǎng)模擬，并將添加導(dǎo)葉前后的仿真效果與實(shí)2計(jì)算方法際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。分析結(jié)果將對(duì)今后離心泵效率提升方面的研究提供理論支持。離心泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算控制方程包括，整個(gè)計(jì)算流體的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和k—s模型中的k1幾何建模方程以及方程。這些方程在非常多的文獻(xiàn)中均有說根據(jù)葉輪的軸面截線圖和包角圖，導(dǎo)葉截線和包明和介紹，詳見參考文獻(xiàn)[11—12]。角圖及所要分析的實(shí)體泵型的各種參數(shù)(如葉輪數(shù)、3網(wǎng)格劃分與邊界條件設(shè)置輪轂比等)，運(yùn)用三維繪圖軟件UG一lol，構(gòu)建泵全流道及過流部件的三維模型(水體)(如

5、圖1～3所示)，本文以某型號(hào)離心泵為研究對(duì)象，介質(zhì)為單相清然后劃分網(wǎng)格并進(jìn)行仿真模擬。本文中，離心泵的轉(zhuǎn)水(密度為998kg／m)。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：流量Q為收稿日期：2013—09—26基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51279172)；四川省共建流體及動(dòng)力機(jī)械重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)成果培育項(xiàng)目(SB一2DPY一11—3)作者簡(jiǎn)介：郭傲輝，男，碩士研究生，主要從事流體機(jī)械方面的應(yīng)用研究。E—mail：1717861759@qq．corn88人民長(zhǎng)江2013生的準(zhǔn)確性。8I3．(3)添加固定導(dǎo)葉后，雖然效率有所提升，但并

6、不[6]劉建龍，陶愛忠，孫建偉，等．CFD在大型潛水貫流泵裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．人民長(zhǎng)江，2013，44(1)：64—68．特別明顯，這可能與固定導(dǎo)葉的安放位置和導(dǎo)葉數(shù)量[7]徐潔，谷傳剛．長(zhǎng)短葉片離心泵葉輪內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算[J]．化的選擇有關(guān)。針對(duì)該問題，將繼續(xù)開展深入研究，使該工學(xué)報(bào)，2004，55(4)：541—544．泵效率得到進(jìn)一步的提高。[8]劉文明，金仲康，鄭源，等．大型供水泵站數(shù)值模擬及水力優(yōu)化參考文獻(xiàn)：[J]．排灌機(jī)械，2009，9(5)：281—286．[1]桂紹波，曹樹良，譚磊

7、祝，等．前置導(dǎo)葉預(yù)旋調(diào)節(jié)離心泵性能的數(shù)[9]馮俊，鄭源，李玲玉．超低水頭豎井貫流式水輪機(jī)三維湍流數(shù)值模值預(yù)測(cè)與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40(12)：101—106．?dāng)M[J]．人民長(zhǎng)江，2012，43(21)：85—88．[2]曾永忠，劉小兵．基于Fine的水泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]．農(nóng)機(jī)[10]王宏偉，劉小兵，曾永忠．長(zhǎng)短葉片混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的三維幾化研究，2007，(8)：170—172，175．何建模[J]．水電能源科學(xué)，2010，28(3)：l21一l23．[3]齊學(xué)義，張東，劉在倫，等

8、．低比轉(zhuǎn)速離心泵復(fù)合葉輪內(nèi)部流動(dòng)的[1】]BatheKJ，ZhangH．Finiteelementdevelopmentforgeneralfluid數(shù)值計(jì)算[J]．蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33(4)：47—50．flowswithstructuralinteractions『J]．Inter—nationalJournalforNu—[4]劉在倫，夏宏克，單麟婷，等．復(fù)合葉輪對(duì)高速分流泵性能的影響meric