蜗壳式离心泵内部非定常数值计算与分析

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1、蜗壳式离心泵内部非定常数值计算与分施卫东徐磊王川陆伟刚周岭江苏大学流体机械工程技术研究中心摘要：为研究设计工况下蜗壳式离心泵内部瞬态流动的状态和规律，基于高质量结构化网格和快速成型技术，利用商业计算软件CFX对某型号蜗壳式离心泵进行了全流场非定常数值模拟。通过与定常数值模拟结果及试验结果比较，表明菲定常数值模拟能够更为准确地预测蜗壳式离心泵的性能参数,其中扬程最大偏差在4%以内，效率最大偏差在3%以内。受叶轮-蜗壳耦合作用影响，蜗壳式离心泵内部压力脉动周期性明显,监测点压力脉动主频均为叶片通过频率。非定常下的压力场表明，各叶轮流道进口及中间位置的压力分布相近，

2、靠近叶轮出口的压力分布差异明显;蜗壳内部存在明显的二次流动现象，并且随主流运动向前发展。关键词：蜗壳式离心泵;非定常;性能预测;流场分布;压力脉动;作者简介：施卫东，教授，博士生导师，主要从事流体机械及工程研究,E-mai1:wdshi@ujs・edu.cn收稿日期：2013-04-24基金：国家自然科学基金资助项目（51279069）NumericalCalculationandAnalysisofInnerUnsteadyFlowforVoluteCentrifugalPumpShiWeidongXuLeiWangChuanLuWeigangZhouLin

3、gResearchCenterofFluidMachineryEngineeringandTechnology,JiangsuUniversity;Abstract：Inordertostudytheflowcharacteristicsincentrifugalpumpatdesigncondition,theinnerunsteadyflowwassimulatedbasedonhigh-qualitystructuredgridandrapidprototypingtechnologybyusingthecommercialsoftwareCFX.The

4、resuItsindicatethatthemethodofunsteadynumericalsimulationcanaccuratcb^predicttheperformanccparametersofthecentrifugalpumpwiththetest.Themaximumdeviationofheadandefficiencyarelessthan4%and3%,respectively.Impactedbytheimpeller-volutecoupling,thepressurepulsationinvolutecentrifugalpump

5、hasstrongperiodicity,andthebasicfrequencyisthebladepassingfrequcncy.Thereisasimilarpressurefieldbetwecntheimpellerpassageinletandthemiddleofimpellerpassage,butthepressuredistributionneartheimpelleroutlethasasignificantdifference.Significantsecondaryflowphenomenaexistinthevoluteandmo

6、veforwardwiththemainstream.Keyword：VolutecentrifugalpumpUnsteadyflowPerformancepredictionFlowfielddistributionPressurefluctuation;Received：2013-04-24引言由于蜗壳几何结构的非对称性，离心泵内部流动呈现出明显的非定常特性。叶轮和蜗壳间的动静干涉作用对水泵效率、机组稳定性、振动噪声等都有着直接影响[1]。近年来，随着计算流体动力学的不断发展，相关学者指岀因叶轮、蜗壳相对位置不同，定常模拟结果与试验结果有较大差异。基于非

7、定常理论的性能参数预测、压力脉动分析、机组过渡过程分析和振动分析等FI渐成为研究的热点。本文基于高质量结构化网格，对某型号蜗壳式离心泵在不同工况下进行非定常数值模拟，以分析该方法预测性能参数的可行性。同时，在设计点对内部脉动特性和流动规律也进行分析与探讨，以加深对瞬态流动特点的认识，为设计性能优良、运行稳定的泵类产甜提供参考。1计算模型与计算网格1.1计算模型选用蜗壳式离心泵的设计参数分别为：流量a二78m/h,扬程H二22叫转速n二2900r/min。该泵比转数％二153,属于高比转数离心泵。该泵叶轮的主要几何参数为进口直径Dj=90mm,出口直径D2=16

8、0mm,出口宽度b2=15.1mm,进