不同密度流体介质对离心泵的性能影响

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1、第40卷第3期化工机械323不同密度流体介质对离心泵的性能影响*屈春叶韩念琛(太原理工大学)摘要基于FLUENT数值模拟软件，利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行离散，选用标准k-ε湍流模型，压力和速度耦合采用SIMPLEC算法，对5种不同密度流体在3种不同工况下分别进行数值计算，由数值计算结果分析得出离心泵内部三维流场随流体介质密度的变化而变化的规律。同时，将5种情况下的预测扬程和效率进行对比分析，得出不同密度流体对离心泵外特性的影响情况。相同流量下，随密度增大，离心泵的轴

2、功率增大。这对于输送不同密度介质时离心泵内流体流动状态的变化以及离心泵性能的变化起到了指导作用。关键词离心泵密度数值预测三维流场中图分类号TQ051．21文献标识码A文章编号0254-6094(2013)03-0323-04离心泵在工农业生产和国民经济的许多部门式中p———雷诺平均静压;有着广泛的应用，是一种重要的水力机械。进行u———x方向的速度分量，m/s;离心泵内部流动特性的研究对于泵的优化设计以ui———i方向的雷诺平均速度;及改善泵的运行特性具有重要影响。实现离心泵v———y方向的速度分

3、量，m/s;内部流动的数值模拟，不仅具有理论意义，更具有w———z方向的速度分量，m/s;［1］3重要的工程实用价值。采用FLUENT软件对ρ———流体密度，kg/m。离心泵进行数值模拟分析，传统的FLUENT模拟采用标准k-ε湍流模型:所采用的工作介质是水，本研究使用的则是不同(ρkui)k=(σkμeff)+Gk－ρε(3)密度的流体介质，目的在于揭示离心泵在不同密xixjxj湍流扩散方程:度介质条件下的工作状况。目前，针对离心泵采(ρεu)2用工作介质为水的数值模拟比较多，也有

4、对其他i=(σμε)+CεG－Cρεεeff1εk2εxixjxjkk粘度介质的研究，但关于介质的密度对离心泵性uiujui能的影响的研究相对较少［2］，未能更好地揭示不Gk=μt(+)(4)xjxixj同的密度对离心泵性能及其内部流场的影响规其中，σk=1．0，σε=1．3，Cμ=0．09，C1ε=律。为此，笔者采用5种不同密度的流体介质对1．44，C2ε=1．92，有效粘性系数μeff=μ+μt，μt=离心泵进行数值模拟，对其内部流场分布及其外k2ρCμ，Gk是由于平均速

5、度梯度引起的湍动能k特性的影响进行分析总结，得出相应规律。ε1计算模型及边界条件的产生项。1．1控制方程1．2模型建立及网格划分连续性方程:(ρu)+(ρv)+(ρw)=0(1)本研究采用的模型参数为:叶轮出口直径xyzD2=225mm，叶轮出口宽度b2=8．3mm，叶轮进口uiuj(ρuu)［μi(x+x)］直径D1=82mm，叶片数Z=6，叶片包角130°，叶ijpji动量方程:=+(2)xixixj轮额定转速n=2950r/min，蜗壳进口基圆直径*屈春叶，女

6、，1985年4月生，硕士研究生。山西省太原市，030024。324化工机械2013年D3=232mm，蜗壳进口宽度b3=24mm。离心泵P———离心泵轴功率;比转速ns=56，设计扬程H=64．14m，设计流量Pe———离心泵有效轴功率;3Qd=50m/h。pin、pout———叶轮进口总压和蜗壳出口总压，Pa;［4］采用Pro/E对叶轮和蜗壳进行三维造型，用ηh———离心泵水力效率。前处理软件GAMBIT对其进行网格划分，划分网2．2内部流场对比分析格单元数为602642个，节点数为299878

7、个。其分别对水和两种汽油、两种柴油进行数值模中蜗壳被分成8个部分进行网格划分，叶轮采用拟，分析其内部流场流动状况，所选介质的物理性四面体网格，蜗壳和隔层以及进口管都采用六面质见表1。体网格，蜗舌部分用四面体进行加密。表15种不同流体的物理性质(20℃)1．3边界条件####采用速度进口边界条件，出口边界条件为自项目90汽油93汽油－20柴油0柴油水－3738．0746．0830．0850．0998．2由出流(outflow)，固壁处采用无滑移边界条件，近密度/kg·m壁区采用标准壁面函数［3］。粘

8、度/mPa·s0．457560．566963．320003．995001．003002计算结果及分析2．1性能预测方法5种不同流体额定工况下的静压力分布如图p－p1所示，总体上叶轮和蜗壳内流体的静压沿着出outinH=+hρg流方向逐渐增大，叶轮入口附近压力最小，最大压Pe1Q(pout－pin)力出现在叶片出口附近，这是通常发生汽蚀的地ηh==×P376．8Mn［3］方。蜗壳出口附近压力达到最大。这是因为式中H———扬程，m;流体进入叶轮之后，叶片对流体做功，流体总压随h———出