对低比转数冲压焊接离心泵三维湍流数值模拟

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1、208年7月农业机械学报第39卷第7期低比转数冲压焊接离心泵三维黎义斌邬国秀≈尝0六，咖∥儿数值模拟【摘要】对一低比转数冲压焊接离心泵在带分流叶片以及不带分流叶片情况下的叶轮及蜗壳耦合场进行了数值模拟。计算采用雷诺时均方程和RNG最一￡湍流模型，速度与压力耦合采用sIMPI。Ec算法。计算了设计工况、小流量工况及大流量工况下离心泵内部流场分布。增加分流叶片后，离心泵叶轮流道内的回流和二次流现象得到了有效控制。对比分析性能预测与试验结果的差异，在设计工况时离心泵性能预测的最大偏差为3％；非设计工况时性能预测的最大偏差为10％。关键词：分流叶片离心泵三维湍流

2、数值模拟性能预测中图分类号：TH311文献标识码：ANumericSimulationofThree．dimensionalTurbulentFlowinLowSpecific-speedCentrifugalPumpLiYibinlWuGuoXiu2(1．工舰，2z^D“Lkiz肥，丐主乒yQ厂了弛"o三。冒3，，j二缸72j晚o“730050，C麓f，z口2．Xi口7zg歹a竹Lki伽，百i砂，)＆口咒g歹a咒441003，Chi竹n)AbstractByadoptingtimeaveragedN—SequationsandRNG正一emodel，t

3、heimpeller—volutecouplingcharacteristicsweresimulatedbyusingSIMPLECalgorithm．The3一Dturbulentflowincentrifugalpumpimpellerswithandwithoutsplitterbladesweresimulatedunderthedifferentflowrates．Whenaddingsplitterblades，theresultsshowthatitcaneffectivelycontroltherefluxandflowseparati

4、onattheimpelleroutlet．Incomparisonwithperfomancepredictionandexperiment，themaximalerrorbetweenperfomancepredictionandexperimentresultisnomorethan3％underthedesignflowrate，while10％undertheoff—designflowrates．KeywordsSplitterblades，Centrifugalpump，Three—dimensionalturbulentflow，Nume

5、ricalsimulation，Perfomanceprediction引言低比转数离心泵冲压扭曲叶轮流道较狭窄，叶片为厚度3mm的不锈钢薄板，且叶片表面光滑，叶片冲压及焊接成型工艺复杂。由于受到叶片厚度及排挤系数、叶轮内表面粗糙度及进出口流动条件的影响，冲压焊接离心泵内部流动不同于普通离心泵。在非设计工况下离心泵叶轮内部流动具有“射流一尾迹”结构，叶轮的主要损失为进口回流和出口的二次流损失以及叶轮的圆盘摩擦损失。随着计算流体动力学和计算机技术的发展，国内外学割卜43在离心泵内部流场数值模拟方面已经进行了大量的研究。本文采用CFD程序分析两类不同叶片形式

6、的离心泵内流场，并验证分流叶片对离心泵叶轮出口流场及性能的影响。1研究对象选取冲压焊接离心泵为研究对象，叶轮出口直径为0．208m，叶片数为6，采用2种不同的叶片布置形式(见图1)，叶轮1采用6个长叶片；叶轮2采收稿日期：2007一06—29黎义斌兰州理工大学流体动力与控制学院讲师，730050兰州市邬国秀襄樊学院机械工程系副教授，441003湖北省襄樊市第7期黎义斌等：低比转数冲压焊接离心泵三维湍流数值模拟73用6个长叶片和6个分流叶片，分流叶片进口直径和长叶片直径比为0．68。离心泵转速2900r／lllin，设计流量50m3／h，设计扬程50m。比

7、转数为66。图l计算I碉格模型Fig．1Computationalgridmodels(a)叶轮1(b)叶轮22计算方法采用RNG足一e湍流模型封闭时均N—S方程组，它的基本思想是将湍流看作受随机力驱动的输运过程，通过频谱分析方法消去其中小尺度的涡，并把其影响归并到涡粘性中，在层流底层，湍流粘性系数等于分子粘性，超出这个区域后，湍流粘性成倍增加。大量的研究资料证明[5“]，在高雷诺数情况下，采用RNG忌一e湍流求解有较大曲率和易脱流的离心泵内部流动时，有较好的适应性[3叫J。考虑到参考坐标系下旋转叶轮和静止蜗壳的相互作用，利用“冻结转子法”处理泵内三维湍

8、流模拟。离心泵计算区域分为4部分：进口管、叶轮、蜗壳和出口管。进口管和出口管采用