质量出口边界条件在流场模拟中的应用

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1、K2研发与制造泵的设计!"#$%&’()*质量出口边界条件在流场模拟中的应用!兰州理工大学（甘肃!"##$#）刘宜张佳卉【摘要】利用!"#技术对流体在流场内的运动规律进行数值模拟已成为研究离心泵的一种重要方法。边界条件的定义，是流场数值模拟很关键的一部分。重点介绍了质量出口边界条件，并采用标准!$!紊流模型以及由%&’&()&*和+,&-./(0提出的+12%34算法，利用"35467程序对双吸式8#型石油化工流程泵叶轮内部流场进行数值模拟，给出了其压力和速度的分布规律，揭示了其内部流动的主要特征，为双吸式离心泵叶轮设计提供了重要理论依据并利用数值计算结果绘制成泵的扬程曲线

2、，然后和实验数值进行了比较。【关键词】质量出口双吸式离心泵叶轮压力速度数值计算一、前言界条件；壁面和周期性边界条件；内部单元区域和内部随着计算机和!"#技术的迅速发展，数值计算已成边界。当流动出口的速度和压力在解决流动问题之前未为研究流场内部流体运动规律的一种重要手段［9，:］，边知时，使用质量出口边界条件（除了模拟辐射热传导、界条件指流动变量在计算域边界处的值，是流场数值模粒子的离散相或分离质量流外），不需要定义任何条件，拟很关键的一部分。它包括速度、压力和质量进出口边便会从内部推导出所需要的信息。对于可压流和变密度""""""""""""""""""""""""""""

3、""""""""""""""""!"泵的扬程预测流场，对软件中的四种主要流动模型进行计算对比分析后为考察上述四种流动模型对该类型离心泵模拟计算得到如下结论：+$=、标准!$!等湍流模型对离心泵的的有效性，由流场的模拟结果可算出泵入口位置"到出模拟计算基本上是可行的；其中标准!$!模型结果最接口位置#的总压差即该水泵的扬程$。近本算例的泵外特性数据。此外，通过本次离心泵的全三9’*:9’*:维流场模拟计算，发现蜗壳泵叶轮内各通道的流量、流速$%&#():().&+&():().&（:）及压力等分布有显著差别，流动呈现明显的非对称性。;&;"(#&&&"(其中&是过流断面的面积

4、。将四种模型分别按式（:）计算得参考文献到泵扬程并与产品样本提供的数据进行对比，如表<所示。表#四种模型计算的泵扬程及样本数据对比9唐辉，何枫A离心泵内流场的数值模拟A水泵技术，种类无黏流层流+$=标准!$,样本数据:FF:（<）扬程>?<@AB<

5、/M(&-"-MQ/(7L*;M?&RG/(O*S=,,-/R&’/M(PA"354677ORG(/R&-6M’OP，本接近样本数据，其中以标准!$!模型结果最为接近。7L*;M?&RG/(O*S"-MQ%*O./R’/M(T111，:FFF，4U!V"7=!WM*)H四、结论PGM,（收稿日期：:FF@>FD>9D）通过使用"35467软件模拟计算单级离心泵的全三维!甘肃省自然科学资金资助项目CE$%%!年第&期泵的设计!"#$%&’()*研发与制造G<的非定常流是不能使用质量出口边界条件的。质量出口后针对本论文模型，选用网格数为+.>0’(，可基本得到边界条件使用的条件

6、为：所有的流动变量具有零扩散流与网格无关的数值解。量和全部的质量平衡修正。流出单元应用零扩散流量意味着流出边界的平面是区域内部推导出来的，而对上游流动没有影响。当流出边界面积不变时，在假定与完全发展流动相容的基础上，!"#$%&使用相应的推导程序，更新流出的速度和压力。零扩散流量在物理上接近于完全发展流动，所谓的完全发展流动指在流动方向上流动速度轮廓不变。在质量出口边界条件中垂直于流向可能会有速度梯度，只有在垂直于出口平面的扩散流量被假定为’。如果在计算中的任何点有回流流过质量出口边图.双吸式离心泵叶轮计算模型及边界条件界，或计算结果不排除区域内的回流，收敛性会受到影表!"

7、#$$—%&$’(型工泵首级叶轮结构参数（单位AA）响，这种情况在湍流中一定要注意。相对于其他出口边进口轮毂出口出口出口叶片界条件的设定（如速度和压力出口，必须经过准确的计直径直径直径宽度角度叶片数包角算或实验测定，给边界条件的设定带来了难度），质量.NN.’0D)F.(0(O(.)>O出口以其简单有效使流场模拟研究得到简化。三、数值计算本文以比转速为()*+的,-+’’—.)’/0型石油在对实体建模并划分完网格后，将其导入!"#P化工流程泵首级叶轮为水力模型，以清水为工作介$%&)*’流场计算软件进行流场模拟。质