基于CFD对旋喷泵两种叶片结构的数值模拟及性能比较.pdf

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1、2010年第38卷第6期流体机械21文章编号：1005---0329(2010)06一-0021—04基于CFD对旋喷泵两种叶片结构的数值模拟及性能比较黄思，苏丽娟(华南理工大学，广东广州510640)摘要：采用封闭式叶轮结构，设计了长短复合式S型叶片和矩形流道断面叶片两种不同叶片结构的旋喷泵水力模型；利用ANSYS—CFX软件对两种水力模型的流场进行三维数值模拟，分别得到两种模型的压力场、速度场。通过对设计方案扬程、效率、轴功率的计算，分析了两种旋喷泵水力模型的性能特征。模拟计算结果表明：对于小流量旋

2、喷泵的叶轮结构，矩形流道断面叶片的性能优于长短复合式S型叶片。关键词：旋转喷射泵；叶片结构；水力模型；数值模拟；性能预测中图分类号：TH31l文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2010．06．005NumericalSimulationandPerformanceComparisonforDiferentBladesDesignsofRoto-jetPumpBasedonCFDHUANGSi，SULi—juan(SouthChinaUniversityofTechn

3、ology，Guangzhou510640，China)Abstract：Basedontheclosedimpeller，twotypesofblademodelforroto—jetpump，i．e．splitbladesandrectangularflow—slotblades．aredesignedinthiswork．BvmeansofANSYSCFXsoftware．the3Dnumeriealsimulationsofflowfieldforthetwohydraulicmodelsare

4、performed，thepressuredistributionsandvelocityfieldsareobtained．Accordingtothecalculationforthevariationofhead，eficiencyandshaft—powerwithflowrate，wecometotheconclusionsasfollows，forsmall—flowroto—jetpump，therectangularflow—slotbladesperformancearesuperio

5、rtothesplitbladesg．Keywords：roto—jetpump；bladesstructure；numericalsimulation；performance；prediction1前言旋喷泵水力模型的内部流场进行模拟计算、并预测对比性能曲线。从而为仿真方法在旋喷泵优化旋转喷射泵(简称旋喷泵)，是根据毕托管原设计中的应用提供有效依据。理研制的一种小流量高扬程低比转速泵。该泵以其结构简单可靠、性能平稳、效率高、易于密封及2水力模型设计系列化等优点，广泛应用于石油化工，食品工业等领域。近年

6、来国内对旋喷泵的结构特点、内部流旋喷泵结构如图1所示，液体被吸人与转子动规律及性能曲线预测方法等方面进行了研究，盖一体的叶轮后，进人转子腔旋转并得到高动能，并对旋喷泵的设计参数不断提出优化方案¨。再由集流管收集高动能流体，转换为高压能流体叶轮结构是旋喷泵的重要设计参数，王成木等人输出。曾通过理论计算和实物试验得出结论：对于超低图1所示的旋喷泵转子腔中，设计了两种不比转数旋喷泵，长短复合式叶片不如流道均匀规同叶片形式的封闭式叶轮结构方案：长短复合式则的矩形流道断面的叶轮的效率高。本文将运用S型叶片和矩形流

7、道断面叶片如图2所示。叶轮数值模拟方法对这两种不同叶轮结构的外径均为280mm，内径均为50mm。收稿日期：2009一l2—25修稿日期：2O1O—04—2922FLUIDMACHINERYVo1．38，No．6，2010维流动，工作介质为水，湍流模型选取标准k一8模型。转动区域按FrozenRotor设置，转速n=2900r／min。计算域进、出口分别采用压力及流量边界条件，流量大小由泵工况决定。图1旋喷泵结构示意图3模型计算域网格生成4计算结果及分析4．1内部流场模拟分析比较分别从Ansys—CFX

8、—Post中读取两种水力(a)6长6短相同形状的复合式s型叶片模型流场的数值模拟速度矢量场、压力云图。以7．2m／h流量工况为例，在CFX中读取两种模型结果时参数设置(如压力云图的取值范围，矢量场的密度，矢量尺寸等)完全相同，以便于对两种模型的内部流场进行直观的比较。(1)速度矢量分布液体在转子腔内随腔体旋转，沿腔体半径方向流速逐渐增大，在腔体外缘达到最大如图4所示。集流管内的流动情况二者基本一致：由于集流管的滞流作用，流体进入集流管人口处